Mișcarea ciudată a neutronilor demonstrează că natura este fundamental ciudată: ScienceAlert

La cele mai mici scale, viziunea noastră intuitivă asupra realității nu se mai aplică. Este ca și cum fizica este fundamental neconcludentă, un fapt care devine mai greu de ignorat cu cât ne apropiem de particulele care împart universul nostru în pixeli.

Pentru a înțelege mai bine, fizicienii au trebuit să fie creativi Un cadru complet nou Teoria cuantică este o teorie bazată pe probabilitate, nu pe certitudine. Aceasta este teoria cuantică și descrie tot felul de fenomene, de la încrucișare la suprapunere.

Dar, în ciuda unui secol de experimente care au arătat cât de utilă este teoria cuantică pentru a explica ceea ce vedem, este dificil să ne scuturăm de viziunea noastră „clasică” conform căreia blocurile de construcție ale universului sunt componente de încredere ale timpului și spațiului. Chiar și atunci, nu ne putem imagina că teoria cuantică este utilă pentru a explica ceea ce vedem. Einstein a fost forțat Să întrebi un coleg fizician: „Chiar crezi că luna nu există când nu te uiți la ea?”

Mulți fizicieni s-au întrebat de zeci de ani dacă există un fel în care fizica pe care o folosim pentru a descrie experimentele macroscopice poate fi folosită pentru a explica întreaga fizică cuantică.

Un nou studiu a constatat, de asemenea, că răspunsul este un mare „nu”.

Mai exact, neutronii sunt aruncați într-un fascicul la interferometru cu neutroni Poate exista în două locuri în același timp, ceea ce este imposibil în fizica clasică.

Testul se bazează pe o afirmație matematică numită Inegalitatea în teorema Leggett-Garg, care afirmă că sistemul este întotdeauna în una dintre cele două stări disponibile pentru el. În esență, pisica lui Schrödinger este fie vie, fie moartă și putem determina în ce stare se află fără ca măsurătorile noastre să aibă un impact asupra rezultatului.

Sistemele mari – cele pe care le putem înțelege în mod sigur folosind numai fizica clasică – se supun inegalității Leggett-Garg. Dar sistemele din lumea cuantică o încalcă. Pisica este vie și moartă în același timp, ceea ce este o analogie pentru suprapunerea cuantică.

„Ideea din spatele acestui lucru este similară cu cea mai faimoasă Inegalitatea lui Bell„, pentru care a fost acordat Premiul Nobel pentru Fizică în 2022”, spune fizicianul Elizabeth Kreuzgruber De la Universitatea de Tehnologie din Viena.

„Cu toate acestea, inegalitatea lui Bell se referă la întrebarea cât de puternic este legat de comportamentul unei particule cu o altă particulă cuantică. starea aceluiași obiect în alte momente specifice în timp?” „

Interferometria cu neutroni implică tragerea unui fascicul de neutroni către o țintă. Pe măsură ce pachetul călătorește prin dispozitiv, acesta se împarte în două părți, fiecare capăt al pachetului urmând căi separate pentru a fi reasamblat ulterior.

Teorema lui Leggett și Garg afirmă că o măsurătoare pe un sistem binar simplu poate da de fapt două rezultate. Dacă o măsurați din nou în viitor, aceste rezultate se vor corela, dar numai până la un anumit punct.

Pentru sistemele cuantice, teorema lui Leggett și Garg nu se mai aplică, permițând corelații peste acest prag. De fapt, acest lucru le-ar oferi cercetătorilor o modalitate de a distinge dacă un sistem are nevoie de teoria cuantică pentru a-l înțelege.

„Cu toate acestea, nu este ușor să investighezi această problemă experimental”, spune fizicianul Richard Wagner De la Universitatea de Tehnologie din Viena. „Dacă vrem să testăm realismul macroscopic, avem nevoie de un obiect care este macroscopic într-un anumit sens, adică dimensiunea lui este similară cu dimensiunea obiectelor noastre obișnuite de zi cu zi.”

Pentru a realiza acest lucru, distanța dintre cele două părți ale fasciculului de neutroni din interferometru este la o scară mai mare decât o scară cuantică.

„Teoria cuantică spune că fiecare neutron călătorește pe ambele căi în același timp.” Spune fizicianul Niels Gerrits De la Universitatea de Tehnologie din Viena. „Cu toate acestea, cele două fascicule parțiale sunt la câțiva centimetri una de cealaltă. Într-un fel, avem de-a face cu un obiect cuantic care este masiv conform standardelor cuantice”.

Folosind mai multe metode de măsurare diferite, cercetătorii au examinat fasciculele de neutroni în momente diferite. Într-adevăr, măsurătorile au fost prea strâns interconectate pentru a aplica regulile clasice realității generale. Măsurătorile lor indică faptul că neutronii călătoreau de fapt simultan pe două căi separate, la câțiva centimetri unul de celălalt.

Este doar cea mai recentă versiune în O serie lungă de experimente Liggett-Garg Acest lucru arată că avem de fapt nevoie de teoria cuantică pentru a descrie universul în care trăim.

„Experimentul nostru arată că natura este într-adevăr la fel de ciudată precum susține teoria cuantică.” spune fizicianul Stefan Sponar De la Universitatea de Tehnologie din Viena. „Indiferent cu ce teorie clasică realistă vei veni: nu va putea explica niciodată realitatea, nu funcționează fără fizica cuantică.”

Cercetarea a fost publicată în Scrisori de revizuire a materialelor.