Наука для всех простыми словами

Самый лучший сайт c познавательной информацией.

Эффект Зенона подтверждён: атомы не двигаются, если на них смотреть.

29.10.2015 в 01:29

Одно из самых странных предсказаний квантовой теории - что система не может измениться, пока вы наблюдаете за ней - подтверждён экспериментом в корнелльском университете (США. Работа открывает двери к фундаментально новым способам контроля и управления квантовым состоянием атомов и может привести к созданию новых сенсоров.


Эксперименты были проведены в лаборатории сверххолодных материалов (Ultracold Lab) группой под руководством профессора физики Мукунд венгелатторе (Mukund Vengalattore), который основал первую в университете программу по изучению свойств материалов, охлаждённых до 0, 01? K.

Аспиранты йогеш патил (Yogesh Patil) и шриватсан чакрам (Srivatsan Chakram) создали и охладили облако примерно из миллиарда атомов рубидия внутри вакуумной камеры между пересекающимися лазерными лучами. В таком состоянии атомы выстраиваются в упорядоченную решётку, словно твёрдый кристалл. В то же время на сверхнизких температурах проявляется эффект туннелирования, когда атомы перемещаются с одного в другое место в решётке. Знаменитый принцип неопределённости Гейзенберга говорит, что позиция и скорость частицы связаны и не могут быть одновременно точно измерены. Температура - это показатель скорости частиц. В экстремальных условиях вблизи абсолютного нуля скорость частиц минимальна, поэтому у них появляются большое разнообразие местоположений: если посмотреть на них, то атомы могут быть в одном месте решётки или в другом.

Исследователи доказали, что могут подавить квантовое туннелирование путём частых наблюдений за атомами. Так называемый квантовый эффект Зенона, названный в честь греческого философа, впервые предсказан в 1954 году Аланом тьюрингом, в 1978 году американские физики байдьянат мизра и Джордж сударшан описали эффект, назвав его именем древнегреческого мыслителя Зенона элейского. Название эффекта восходит к апории Зенона о полёте стрелы.

Летящая стрела неподвижна, так как в каждый момент времени она занимает равное себе положение, то есть покоится; поскольку она покоится в каждый момент времени, то она покоится во все моменты времени, то есть не существует момента времени, в котором стрела совершает движение.

Такой странный феномен в квантовом мире наблюдается. В принципе, квантовую систему можно "Заморозить" путём непрерывных часто повторяющихся наблюдений.

Предыдущие эксперименты доказывали наличие эффекта Зенона в спинах субатомных частиц, а это первая демонстрация эффекта на уровне атомов.

Профессор венгелатторе пояснил, что во время эксперимента у них настолько хороший контроль над решёткой атомов, что они могут не только заморозить её состояние, но и "Настроить" её работу, изменяя параметры наблюдения за атомами. Такая настройка позволяет вызвать эффект "Возникающей Классичности", когда атомы начинают вести себя согласно представлениям классической физики. Все квантовые эффекты исчезают.

Атомы наблюдали в микроскоп с лазерной подсветкой оригинальной разработки, которая заставляла атомы флуоресцировать для облегчения наблюдений. В отсутствие подсветки атомы свободно туннелировали, а как только лазер включался - туннелирование резко сокращалось. "Это Даёт Беспрецедентный Контроль над Квантовой Системой, Возможно, Даже над Отдельными Атомами", - сказал йогеш патил, один из авторов научной работы. Атомы в таком состоянии исключительно чувствительны к внешнему воздействию, что можно использовать, например, для разработки нового поколения сверхчувствительных сенсоров.