В известной детской новой Алисе в стране чудес Льюиса Кэрролла Элис встречает Чеширского кота, исчезающего и оставляющего только его усмешку позади. Теперь, физики создали квантовую версию животного из семейства кошачьих путем отделения объекта — нейтрона — от его физической собственности — его магнетизм. Эксперимент является последним примером того, как квантовая механика становится еще более странным использованием метода, названного слабым измерением, и могла предоставить исследователям странный новый экспериментальный инструмент для выполнения точных измерений.В квантовой физике крошечные частицы могут быть в противоположных условиях или государствах одновременно, собственность, известная как суперположение.
Например, электрон может буквально прясть в противоположных направлениях одновременно. Попытайтесь измерить вращение, однако, и что государство «разрушится» так, чтобы электрон был найден, прядя так или иначе.
Поэтому квантовая теория обычно запрещает Вам измерять состояние частицы, не изменяя его — по крайней мере, обычно.Но в 1988, Якир Ахаронов, теоретик в Тель-Авивском университете в Израиле и коллегах выдумал способ измерить тонкие квантовые состояния, не тревожа их посредством так называемых слабых измерений. Существует цена для оплаты, конечно. Слабое измерение ничего не может показать об отдельной частице, но только поведении многих частиц все в том же государстве.
И это требует не только вставления частиц просто правильное государство для начала, но также и выбор только те в определенном различном государстве в конце, таким образом, целый эксперимент должен быть проанализирован ретроспективно. Тем не менее, слабые измерения могут исследовать явления, что обычные измерения не могут, и в прошлом ноябре Ахаронов и коллеги описали, как они могли использоваться для понимания квантового Чеширского кота.Вот идея. Луч нейтронов, все намагниченные в том же направлении, скажем право, входят в устройство, названное нейтронным интерферометром (см. диаграмму).
Луч ударяет разделитель луча, разделяющий не только макроскопический луч, но также и квантовую волну, описывающую каждый нейтрон. Таким образом, после разделителя луча, каждый нейтрон находится в причудливом квантовом состоянии: в пути 1, поляризованное право, и в пути 2, поляризованное право. Это – «предварительно выобранное» государство.
После взятия различных путей волны повторно объединяются во втором разделителе луча и вмешиваются друг в друга так, чтобы нейтроны весь выход интерферометр через один из двух «портов», легкого порта.Теперь, вот то, где вещи становятся странными. Экспериментаторы устанавливают несколько устройств перед вторым разделителем луча, работающих как фильтр так, чтобы, если нейтрон находится в государстве в пути 1, поляризовал право и в пути 2, поляризованный оставленный — «постотобранное государство” — это выйдет темный порт вместо этого. Это может звучать лишний, потому что каждый нейтрон не находится в том государстве.
Однако два государства имеют общую часть — в пути 1, поляризовал право — и то наложение гарантирует, чтобы некоторые нейтроны появились из темного порта, только на основании попытки отфильтровать это постотобранное государство.Если Вы смотрите на только эти постотобранные события, Вы можете сказать наверняка, что нейтрон прошел путь 1. Поэтому единственные части предварительно выобранных и постотобранных государств, что наложение – те для пути 1. С другой стороны, при попытке измерить магнетизм, то Вы найдете, что весь магнетизм находится в пути 2. Поэтому для знания магнетизма там, Вы по существу должны применить магнитное поле, щелкающее поляризацией нейтрона.
Таким образом, после измерения, части измененного предварительно выобранного государства и постотобранного государства, которые идентичны, являются теми для пути 2.Традиционная интерпретация – то, что целый аргумент спорен.
Если Вы достигаете пути 1 с нейтронным детектором, то то измерение изменяет оригинальное квантовое состояние, делая бессмысленным размышлять о том, что Вы видели бы, измерили ли Вы магнетизм в пути 2 вместо этого, и наоборот. Согласно теории Ахаронова, хотя, измерения могли быть сделаны слабо, так, чтобы они не изменяли государство нейтронов.
И это точно, что сделали Юджи Хэзегоа из Венского технического университета и коллеги, как они сообщают в газете, отправленной по почте к серверу arXiv перед печатью.Используя нейтронный интерферометр в Инштитуте Лауэ-Лангевине в Гренобле, Франция, исследователи вставили поглотитель, впитавший только несколько процентов нейтронов — недостаточно для разрушения вмешательства волн. Когда они помещают его в путь 2, уровень нейтронов, покидая темный порт остался тем же.
Когда они помещают его в путь 1, сокращенное число, доказывая, что нейтроны в постотобранном государстве проходят путь 1. Затем они применили маленькое магнитное поле, чтобы немного вращать поляризацию нейтронов и встревожить образец вмешательства. Когда область была применена к пути 1, это не имело никакого эффекта. Но в пути два, число нейтронов, выходящих из темного измененного порта, доказывая магнетизм нейтронов, было всем в пути 2. Таким образом кошка — нейтрон — был отделен от его усмешки — его магнетизм.Эксперимент, “конечно, поможет нам понять лучше парадоксальную природу квантовых явлений”, говорит Санду Попеску, теоретик в Бристольском университете в Соединенном Королевстве, не вовлеченный в эксперимент.
Странное квантовое явление могло бы даже оказаться полезным для того, чтобы сделать лучшие точные измерения, говорит он. Некоторые физики проверяли, остается ли закон Ньютона силы тяжести правильным на расстояниях короче, чем приблизительно один миллиметр; тонкие эксперименты могут быть запутаны посторонними электромагнитными результатами.
Но если исследователь мог бы разделить массу нейтронов от их магнетизма, то они могли бы быть в состоянии изучить гравитационные результаты, не будучи взволнован электромагнитными, говорит Аефрэйм Стайнберг, экспериментатор в университете Торонто в Канаде.