A tudósok mesterséges atomot használtak annak demonstrálására, hogy a Schrödinger macskáját határozatlan ideig életben lehet tartani, valamint hogy meggyorsítsák a pusztulását. Ehhez és ehhez még azt sem kell megnéznie, hogy mekkora dobozban ül ez a nagyon macska (vagy nem ül). Az ilyen klasszikus analógiák használata egyszerűsítettnek vagy furcsának tűnhet, de a tudomány számára ez nagyon fontos. Megmutatják, hogy a valóság alapvető szinten található meg, és jobb eszközökhöz vezethetnek, amelyeket a fizikusok használnak a kvantumtechnikában.
A St. Louis-i washingtoni egyetem tudósai úgy döntöttek, hogy biztosan kiderítik, hogy viselkedésének befolyásolása érdekében egyáltalán szükség van-e információ gyűjtésére kvantumrendszerbõl - vagy, egyszerûbben, szemcsét kell vizsgálni. Talán elegendő lesz a "fékezés"?
Spoiler figyelmeztetés: Úgy gondolják, hogy nem kell figyelni.
Egy kis történelem: a macska, a doboz és a Zeno hatása
Ha valaki nem tudja, milyen Schrödinger macska, emlékeztetünk a legendara. A kvantummechanika koppenhágai értelmezése szerint egy fizikai objektumnak (például atomnak) nincs specifikus tulajdonsága, amíg meg nem mérjük. Erwin Schrödinger fizikus válaszul egy gondolkodási kísérletet javasolt. Azt javasolta, hogy ha ez az értelmezés helyes, akkor a radioaktív anyagot egy kis tartályba tegyük a Geiger-számláló mellett, a számlálót egy kalapáccsal rögzíthetjük, és a kalapácsot a savkapszula fölé helyezhetjük úgy, hogy az összetörje az atom bomlásakor.
Ha mindezt egy dobozba tesszük egy macskával, akkor nem lesz képes megmérni az atom tulajdonságait, mert amennyire tudjuk, az atom egyszerre bomlott és nem bomlott le (ezért felezési ideje van). Következésképpen a macska egyszerre él és hal is, amíg be nem nézünk.
Ez a legenda. De kettős aljú.
Promóciós videó:
1974-ben a tudósok feltették a kérdést: Egy instabil rendszer élettartama függ-e egy mérőkészüléktől?
Ezt a paradoxont kvantum-Zeno-effektusnak nevezik: Mi történik, ha folyamatosan megfigyeljük egy instabil atomot? Szétesni fog?
A Zeno-effektus szerint állandó megfigyelés alatt soha nem bocsát ki egyetlen részecskét a sugárzásból. 1989-ben ezt először az amerikai Nemzeti Szabványügyi és Technológiai Intézet kísérlete bizonyította, és egy furcsa hipotézis furcsa valósággá vált.
Tíz évvel később az ellenkező Zeno-hatást javasolták - az Antisenon-effektust. A radioaktív atommag gyakori mérése a folyamattól függően felgyorsíthatja annak romlását.
Csak azt kell megérteni, hogy mi a "dimenzió".
A radioaktív atom méréséhez, annak megfigyeléséhez és annak paramétereinek és tulajdonságainak olvasásához valamilyen módon kölcsönhatásba kell lépnie azzal, hogy az információk valamilyen formában megjelenjenek. A folyamat során az atom sokféle lehetősége egybeesik, és ezt látjuk. De vajon ez az összeomlás okozza-e a Zeno-hatást? Vagy lehet gyorsítani vagy lelassítani egy atom bomlását anélkül, hogy az abszolút állapotba esne?
Zeno és Antisenon
Mindez visszatér a washingtoni egyetem által végzett kísérlethez.
Annak meghatározására, hogy az információ átadása kényszeríti-e a Zeno vagy Antiseno hatást, a tudósok olyan eszközt használtak, amely sok szempontból úgy viselkedik, mint egy atom, sok energiaállapotmal.
Ez a "mesterséges atom" megvizsgálta annak a hipotézist, hogy az energiaállapotok - elektromágneses üzemmódok - hogyan befolyásolhatják ezeket a hatásokat.
"Az atomabomlás sebessége a lehetséges energiaállapotok sűrűségétől vagy egy adott energia elektromágneses módusaitól függ" - mondja Keiter Merch kutató. „Ahhoz, hogy egy atom bomoljon, fotonnak kell kibocsátania ezen üzemmódok egyikében. A több mod több pusztulási módot jelent, így a gyorsabb lebomlás”.
Hasonlóképpen, a kevesebb mod kevesebb opciót jelent a bomláshoz, ami megmagyarázza, hogy az állandó felügyelet alatt álló atomerőmű soha nem hegeszkedik. Merch és csapata képesek voltak manipulálni a mesterséges atomjukban levő módok számát, mielőtt a szokásos méréseket elvégezték volna, minden mikrosekundumban megvizsgálták az állapotát, és felgyorsíthatták vagy lelassíthatták a „pusztulást”.
"Ezek a mérések a Zeno két effektusának első megfigyelését képviselik egy egységes kvantumrendszerben" - mondja Merch.
Annak biztosítása érdekében, hogy a megfigyelés vagy az interferencia váljon kulcsfontosságúnak, a tudósok úgynevezett kvázi mérést készítettek, amely interferenciát hoz létre anélkül, hogy az atomállapot összeomlásához vezetne. Senki sem tudta, mi lesz az eredmény.
"De az egész nap gyűjtött adatok következetesen azt mutatták, hogy a kvázi-mérések ugyanúgy eredményezik a Zeno-effektusokat, mint a hagyományos mérések" - mondja Merch.
Következésképpen a Zeno és Antiseno effektusok megjelenését a mérési folyamat megsértése, nem pedig a közvetlen mérés okozza.
Ezt tudva, új módszereket alkalmazhatunk a kvantumrendszerek vezérlésére a Zeno dinamika segítségével.
Mit jelent ez a szegény Schrödinger macska számára?
"A Zeno hatás azt mondja, hogy ha teszteljük a macskát, akkor alaphelyzetbe állítjuk a bomlási órát, és megmentjük a macska életét" - mondta Patrick Harrington tudós. „De a trükk az, hogy Zeno következményei a jogsértésekre vonatkoznak, nem pedig az információra, tehát nem is kell a dobozt megvizsgálnia, hogy kiváltják őket. Ugyanezek a hatások akkor következnek be, ha csak rázza a dobozt."
ILYA KHEL