Forskere brukte et kunstig atom for å vise muligheten for å holde Schrödingers katt levende i en ubestemt periode, i tillegg til å akselerere begynnelsen av dens bortgang. For dette og det trenger du ikke en gang å se inn i boksen som akkurat denne katten sitter (eller ikke sitter). Å bruke klassiske analogier som dette kan virke forenklet eller merkelig, men for vitenskapen er det veldig viktig. De viser hvordan virkeligheten finnes på et grunnleggende nivå og kan føre til bedre verktøy som fysikere bruker i kvanteteknikk.
Forskere ved University of Washington i St. Louis bestemte seg for å finne ut med sikkerhet om det var nødvendig å samle informasjon fra et kvantesystem i det hele tatt - eller, enklere, se på en partikkel - for å påvirke dens oppførsel. Kanskje vil "bremsing" være nok?
Spoilervarsel: De har funnet ut at det ikke er behov for å se på.
Litt historie: katten, boksen og Zenos effekter
Hvis noen ikke vet hva slags Schrödingers katt, husker vi legenden. I følge Københavns tolkning av kvantemekanikk har en fysisk gjenstand (som et atom) ingen spesifikke egenskaper før vi måler den. Som svar foreslo fysiker Erwin Schrödinger et tankeeksperiment. Han foreslo at hvis denne tolkningen er riktig, kunne vi legge det radioaktive stoffet i en liten beholder ved siden av Geiger-disken, knytte telleren til en hammer og plassere hammeren over syrekapselen slik at den knuser den mens atomet råtner.
Hvis vi legger alt dette i en boks med en katt, vil vi ikke være i stand til å måle egenskapene til et atom, for så langt vi vet forfalt atomet samtidig og råtnet ikke (det er derfor det har halveringstid). Som en konsekvens vil katten være både levende og død på samme tid, helt til vi ser på innsiden.
Dette er legenden. Men hun har dobbel bunn.
Salgsfremmende video:
I 1974 stilte forskere spørsmålet: Avhenger levetiden til et ustabilt system av en måleenhet?
Dette paradokset har blitt kjent som den kvante Zeno-effekten: Hva skjer hvis vi kontinuerlig observerer et ustabilt atom? Vil det gå i oppløsning?
I følge Zeno-effekten vil den under konstant observasjon aldri avgi en eneste strålepartikkel. I 1989 ble dette først demonstrert i et eksperiment av US National Institute of Standards and Technology, og en merkelig hypotese ble en merkelig virkelighet.
Ti år senere ble den motsatte Zeno-effekten foreslått - Antisenon-effekten. Hyppig måling av en radioaktiv atomkjerne kan akselerere forfallet, avhengig av prosessen.
Det gjenstår bare å forstå hva en "dimensjon" er.
For å måle noe som et radioaktivt atom, å observere over det og lese parametere og egenskaper, må du på en eller annen måte samhandle med det slik at informasjonen kommer ut i en eller annen form. I prosessen kollapser de mange mulighetene for atomet til et enkelt resultat, som vi ser. Men er denne kollaps årsaken til Zeno-effekten? Eller er det mulig å akselerere eller bremse forfallet til et atom uten å føre til dets kollaps i en absolutt tilstand?
Zeno vs. Antisenon
Alt dette bringer oss tilbake til et eksperiment utført av University of Washington.
For å bestemme om overføring av informasjon ville tvinge Zeno- eller Antiseno-effekten, brukte forskere en enhet som på mange måter oppfører seg som et atom med mange energitilstander.
Dette "kunstige atomet" var i stand til å teste hypotesen om hvordan energitilstander - elektromagnetiske modus - kan påvirke disse effektene.
"Hastigheten for atomforfall avhenger av tettheten av mulige energitilstander, eller elektromagnetiske modus, for en gitt energi," sier forsker Keiter Merch.”For at et atom kan forfalle, må det avgi et foton i en av disse modusene. Flere mods betyr flere måter å forfalle på, så raskere forfall.
På samme måte betyr færre mods færre muligheter for forfall, noe som forklarer hvorfor en atomkanne under konstant tilsyn aldri vil sveise. Merch og teamet hans var i stand til å manipulere antall moduser i det kunstige atomet før de brukte standardmålinger, sjekket tilstanden hvert mikrosekund og satte fart eller bremset "forfallet".
"Disse målingene representerer den første observasjonen av to Zeno-effekter i et samlet kvantesystem," sier Merch.
For å sikre at det var observasjon eller interferens som viste seg å være nøkkel, foretok forskere en såkalt kvasimåling, som skaper interferens uten å føre til at atomtilstanden kollapset. Ingen visste hva resultatet ville bli.
"Men data samlet inn hele dagen viste konsekvent at kvasi-målinger ga Zeno-effekter på samme måte som konvensjonelle målinger," sier Merch.
Følgelig er det bruddet i målingsprosessen, og ikke selve målingen, som fører til utseendet til Zeno- og Antiseno-effektene.
Når vi vet dette, kan vi bruke nye metoder for å kontrollere kvantesystemer ved å bruke Zeno-dynamikk.
Hva betyr alt dette for stakkars Schrödingers katt?
"Zeno-effekten sier at hvis vi tester katten, vil vi tilbakestille forfallsklokken og redde kattenes liv," sier forsker Patrick Harrington. “Men trikset er at Zenos effekter handler om brudd, ikke informasjon, så du trenger ikke engang å se inn i boksen for å utløse dem. De samme effektene vil skje hvis du bare rister boksen."
ILYA KHEL
