Sīks svārstīgs kristāls, kas sver nedaudz vairāk par smilšu graudu, ir kļuvis par smagāko objektu, kas jebkad reģistrēts vietu superpozīcijā.
Šveices Federālā Tehnoloģiju institūta (ETH) Cīrihē fiziķi ir pievienojuši mehānisku rezonatoru kāda veida supravadošai ķēdei, ko parasti izmanto kvantu skaitļošanā, lai atkārtotu Ervina Šrēdingera slaveno domu eksperimentu vēl nebijušā mērogā.
Paradoksāli, bet Šrēdingers būtu nedaudz skeptisks, ka kaut kas tik liels — nu, vispār jebkas — varētu pastāvēt neviennozīmīgā realitātes stāvoklī.
Superpozīcijas stāvokļi mūsu ikdienas pieredzē ir nepārspējami. Vērojiet futbola bumbas kritienu, un ar hronometru varat izsekot tās kritiena ātrumam. Tā galīgā atpūtas pozīcija ir skaidra kā diena, un pat tas, kā tas griežas lidojuma laikā, ir acīmredzams.
Ja aizverat acis, kad tās krīt, nav iemesla domāt, ka šie atrašanās vietas vai uzvedības stāvokļi varētu atšķirties. Tomēr kvantu fizikā tādas pazīmes kā pozīcija, griešanās un impulss neeksistē jēgpilnā veidā, kamēr neredzat bumbu, kas balstās uz zemes.
Kopā ar citu teorētiskās fizikas smagsvaru Albertu Einšteinu Šrēdingers nebija gluži ieinteresēts eksperimentu interpretācijās, norādot, ka daļiņām trūkst precīzu īpašību, līdz novērojumi to deva.
Lai parādītu, cik absurda bija visa ideja, Austrijas Nobela prēmijas laureāts aprakstīja scenāriju, kurā nenovērotā daļiņas atrašanās vieta bija saistīta ar neredzama kaķa dzīvi.
Ja vēlaties, iedomājieties, ka daļiņa, kas nejauši izspļauj no trūdoša atoma, ietriecas Geigera skaitītājā, izraisot indes flakona saplūšanu un acumirklī nogalinot kaķi. Tā kā tas viss notiek kastē, notikumi un to laiks paliek nepamanīti.
Iet ar to, kas ir pazīstams kā Kopenhāgenas interpretācija Kvantu fizikā neredzamā sistēma pastāv visu iespēju stāvoklī, līdz tiek novērots tās galīgais stāvoklis. Daļiņa tiek emitēta un neizdalīta. Geigera skaitītājs aktīvs un neaktīvs. Indes flakons ir saplīsis, nevis saplīsis. Un kaķis ir dzīvs un miris.
Šo nāvējošo maskēšanos ir gandrīz neiespējami iztēloties, taču to ir viegli attēlot Šrēdingera viļņveidīgais vienādojums.
Gandrīz gadsimtu vēlāk Šrēdingera darbs vairs nav joks. Tas ir novērots ne tikai mazās molekulās, bet arī veselās molekulās (nemaz nerunājot par tūkstošiem atomu grupām). Mēs varam manipulēt ar kasti, lai nodrošinātu, ka kaķis nekad nenomirst. Mēs pat varam lāpīt ar iestatījumu, lai atdalītu kaķi. Faktiski visas tehnoloģijas ir balstītas uz tiem pašiem principiem kā objekti superpozīcijas stāvokļos.
Lai gan kvantu eksperiments nekad nav apdraudējis nevienu kaķi — morāles dēļ, jūs zināt, — teorija joprojām ir vienkārša. Lieli objekti, piemēram, kaķi vai, patiešām, cilvēki, ziloņi vai pat dinozauri, var eksistēt superpozīcijas stāvokļos tāpat kā elektroni, kvarki un fotoni.
Matemātika neatstāj vietas šaubām, tomēr šādas miglainas klātbūtnes ietekmes novērošana tik plašā mērogā ir pavisam cits stāsts.
Atomu līmenī ar diezgan primitīvu aprīkojumu var redzēt nepiepildīto likteņu nokrāsu. Pieaugot objektu īpašībām, kļūst grūtāk empīriski iegūt superpozīcijas parakstus.
Šajā pēdējā eksperimentā augstas skaņas viļņu rezonators vai habar, kā kaķim 16,2 µg. Tas, kas tam pietrūkst ūsās un zivju pūšņos, kompensē to, ka, ja to darbina strāva, tas var dungot nelielā frekvenču diapazonā.
“Uzklājot kristālā divus svārstību stāvokļus, mēs esam efektīvi izveidojuši Šrēdingera kaķi, kas sver 16 mikrogramus.” Viņš saka Galvenais autors un ETH Cīrihes fiziķis Yiwen Chu.
Radioaktīvā atoma, Geigera skaitītāja un indes lomām A komanda nosūtītsupravadoša ķēde, kas kalpoja kā barošanas avots eksperimentam, sensoram un superpozīcijai.
Abu savienošana ļāva pētniekiem iedarbināt HBAR tā, ka tā vibrācijas trīcēja divās fāzēs vienlaicīgi, parādība, kas atkal tika pārraidīta.
Tas, cik lieli varētu būt nākotnes eksperimenti, ir atklāts jautājums. Praksē superpozīcijas lieluma ierobežojumu palielināšana var radīt jaunus veidus, kā padarīt kvantu tehnoloģiju jaudīgāku vai veidot pamatu jutīgākiem rīkiem matērijas un Visuma izpētei.
Būtībā joprojām ir jautājumi par to, ko nozīmē matērijai vispār atrasties superpozīcijā. Neraugoties uz gadu desmitiem ilgo progresu kvantu mehānikas precizēšanā, tas ir Tas joprojām nav skaidrs Kāpēc kastes atvēršanai vajadzētu ietekmēt Šrēdingera kaķa likteni?
Tas, ko nozīmē varbūt pārvērsties par realitāti, paliek tikpat liels daļiņu fizikas noslēpums kā tad, kad Šrēdingers izdomāja savu neprātīgo ideju par kaķi, kuram nevajadzētu būt.
Šis pētījums ir publicēts Zinātnes.
