Tutkijat käyttivät keinotekoista atomia osoittaakseen mahdollisuuden pitää Schrödingerin kissa hengissä toistaiseksi ja nopeuttaa kuoleman alkamista. Tätä varten sinun ei tarvitse edes tutkia laatikkoa, jossa tämä kissa yleensä istuu (tai ei istu). Tällaisten klassisten analogioiden käyttäminen voi tuntua liian yksinkertaiselta tai outolta, mutta tieteen kannalta se on erittäin tärkeää. Ne osoittavat, kuinka todellisuus löytyy perustasolla, ja voivat johtaa parempiin työkaluihin, joita fyysikot käyttävät kvantitekniikassa.
Washingtonin yliopiston, St. Louisin, tutkijat päättivät selvittää varmasti, onko tarpeen kerätä tietoa kvantijärjestelmästä ollenkaan - tai yksinkertaisesti tarkastella hiukkasia - vaikuttaakseen sen käyttäytymiseen. Ehkä "jarrutus" riittää?
Spoilerihälytys: He ovat tajunnut, ettei tarvetta katsella.
Hieman historiaa: kissa, laatikko ja Zenon vaikutukset
Jos joku ei tiedä millaista Schrödingerin kissa on, muistamme legendan. Kvanttien kvanttimekaniikan tulkinnan mukaan fyysisellä esineellä (kuten atomilla) ei ole erityisiä ominaisuuksia, ennen kuin mittaamme sen. Fyysikko Erwin Schrödinger ehdotti vastauksena ajatuskokeilua. Hän ehdotti, että jos tämä tulkinta on oikea, voisimme laittaa radioaktiivisen aineen pieneen säiliöön Geiger-laskurin viereen, sitoa laskuri vasaralle ja asettaa vasaran happikapselin päälle niin, että se murskaa sen atomin rapistuessa.
Jos laitamme kaiken tämän kissaan kissan kanssa, emme pysty mittaamaan atomin ominaisuuksia, koska tietämme siltä, että atomi rappeutui samanaikaisesti eikä hajoa (siksi sillä on puoliintumisaika). Seurauksena on, että kissa on sekä elossa että kuollut samanaikaisesti, kunnes katsomme sisälle.
Tämä on legenda. Mutta hänellä on kaksinkertainen pohja.
Mainosvideo:
Vuonna 1974 tutkijat kysyivät: riippuuko epävakaan järjestelmän käyttöikä mittauslaitteesta?
Tämä paradoksi on tullut tunnetuksi kvanttisen Zeno-ilmiönä: Mitä tapahtuu, jos tarkkailemme jatkuvasti epävakaa atomia? Hajoaako se?
Zeno-ilmiön mukaan jatkuvan tarkkailun aikana se ei koskaan emittoi yhtä säteilyhiukkasta. Vuonna 1989 tämä osoitettiin ensimmäisen kerran Yhdysvaltain kansallisen standardi- ja teknologiainstituutin suorittamassa kokeessa, ja omituisesta hypoteesista tuli outo todellisuus.
Kymmenen vuotta myöhemmin ehdotettiin päinvastaista Zeno-ilmiötä - Antisenon-ilmiötä. Radioaktiivisen atomin ytimen toistuva mittaus voi nopeuttaa sen hajoamista prosessista riippuen.
Jää vain ymmärtää, mikä "ulottuvuus" on.
Jotta voidaan mitata jotain radioaktiivista atomia, tarkkailla sitä ja lukea sen parametrit ja ominaisuudet, sinun on jotenkin toimittava vuorovaikutuksessa sen kanssa, jotta tieto tulee jossain muodossa. Prosessissa atomin monet mahdollisuudet romahtavat yhdeksi tulokseksi, jonka näemme. Mutta onko tämä romahdus Zeno-vaikutuksen syy? Vai onko mahdollista kiihdyttää tai hidastaa atomin rappeutumista johtamatta sen romahtamiseen absoluuttiseen tilaan?
Zeno vs. Antisenon
Kaikki tämä vie meidät takaisin Washingtonin yliopiston suorittamaan kokeiluun.
Selvittääkseen, voisiko tiedonsiirto pakottaa Zeno- vai Antiseno-vaikutuksen, tutkijat käyttivät laitetta, joka käyttäytyy monella tapaa kuin atomilla, jolla on monia energiatiloja.
Tämä "keinotekoinen atomi" pystyi testaamaan hypoteesin siitä, kuinka energiatilat - sähkömagneettiset moodit - voivat vaikuttaa näihin vaikutuksiin.
"Atomien hajoamisnopeus riippuu tietyn energian mahdollisten energiatilojen tiheydestä tai sähkömagneettisista tiloista", kertoo tutkija Keiter Merch.”Jotta atomi hajoaa, sen on emittoitava fotoni yhdessä näistä moodista. Lisää modit tarkoittaa enemmän tapoja rappeutua, joten nopeampi rappeutuminen”.
Samoin vähemmän moduuleja tarkoittaa vähemmän vaihtoehtoja hajoamiselle, mikä selittää, miksi jatkuvan valvonnan alla oleva atomi-potti ei koskaan hitsaa. Merch ja hänen tiiminsä pystyivät manipuloimaan keinotekoisen atomin moodien määrää ennen standardimittausten käyttämistä, tarkistamalla sen tilan joka mikrosekuntia ja nopeuttamalla tai hidastamalla sen "rappeutumista".
"Nämä mittaukset edustavat ensimmäistä havaintoa kahdesta Zeno-tehosta yhtenäisessä kvanttijärjestelmässä", Merch sanoo.
Varmistaakseen, että havainnoista tai häiriöistä tuli avainasemassa, tutkijat tekivät ns. Kvasimittauksen, joka luo häiriöitä johtamatta atomitilan romahtamiseen. Kukaan ei tiennyt, mikä tulos olisi.
"Mutta koko päivän ajan kerätyt tiedot osoittivat jatkuvasti, että kvasimittaukset tuottivat Zeno-vaikutuksia samalla tavalla kuin perinteiset mittaukset", Merch sanoo.
Niinpä Zeno- ja Antiseno-tehosteiden ilmestymiseen johtaa mittausprosessin rikkominen eikä itse suora mittaus.
Tämän tietäen voimme soveltaa uusia menetelmiä kvanttijärjestelmien ohjaamiseksi Zeno-dynamiikkaa käyttämällä.
Mitä tämä kaikki tarkoittaa köyhälle Schrödingerin kissalle?
"Zeno-efekti sanoo, että jos testaamme kissaa, nollaamme rappeutumiskellon ja pelastamme kissan hengen", sanoo tutkija Patrick Harrington.”Mutta temppu on, että Zenon vaikutukset koskevat rikkomista, ei tietoa, joten sinun ei tarvitse edes tutkia laatikkoa laukaistakseen niitä. Samat vaikutukset tapahtuvat, jos vain ravistelet laatikkoa."
ILYA KHEL