Одним из следствий принципа неопределенности квантовой механики является неправомерность понятия траектории движения квантовой частицы. Любые измерения положения частицы нарушают ее импульс и наоборот. Используя "слабые" измерения, команде физиков удалось определить набор траекторий ансамбля квантовых частиц.
В классическом эксперименте с двумя щелями, впервые проведенном более 200 лет назад, световые волны проходят через одну из параллельных щелей, что на выходе дает характерную интерференционную картину чередующихся светлых и темных полос.
В начале двадцатого века физики показали, что интерференционная картина сохраняется, даже если интенсивность света столь низка, что за единицу времени лишь один фотон проходит сквозь аппарат. То есть отдельные фотоны интерферировали сами с собой, что показывает - фотон является и волной и частицей одновременно.
Если у щелей поместить детекторы, которые будут определять, через какую щель прошел фотон, то интерференционная картина исчезнет. Это проявление принципа неопределенности Гейзенберга: невозможно одновременно и точно измерить и положение фотона (через какую из щелей он проходит) и его импульс (отображением которого является интерференционная картина).
Освещенность экрана, когда открыта лишь одна щель (вверху), или когда открыты обе щели (внизу)
Физик Афраим Штейнберг (Aephraim Steinberg) из Университета Торонто и его коллеги показали, что возможно точно измерить положение фотонов и получить примерную информацию о его импульсе, используя подход, известный как "слабые измерения".
Ученые посылали фотоны один за другим через установку с двумя щелями, используя расщепитель (светоделитель) светового пучка и две трубочки из оптоволокна. Также они использовали детектор, который определял положение фотонов на некотором расстоянии от щелей, и кристаллы кальцита перед детекторами для изменения поляризации фотона, что в итоге позволяло им сделать грубую оценку импульса каждого фотона по изменению его поляризации.
Измеряя импульсы многих фотонов, исследователи смогли выяснить средний импульс фотонов, соответствующий определенному положению в детекторе. Затем они повторяли измерения, увеличивая расстояние от щелей до детектора, после чего построили средние траектории фотонов. При этом интерференционная картина не разрушалась.
Любопытно, что полученные траектории оказались очень близки к тому, что предсказывает "нетрадиционная" (альтернативная Копенгагенской) интерпретация квантовой механики, известная как теория пилотной волны (pilot-wave theory), в которой каждая частица обладает вполне определенной траекторией, проходящей лишь через одну щель, в то время как связанная с ней волна проходит через обе щели одновременно.
Как подчеркивает Штейнберг, работа его группы не ставит под сомнение принцип неопределенности. Полученные результаты, в принципе, могут быть выведены и с помощью "стандартной" квантовой механики, но он подчеркивает, что "не обязательно интерпретировать принцип неопределенности столь строго, как мы часто это делаем". А новые интерпретации квантовой механики, такие как теория пилотной волны могли бы "помочь нам думать нестандартно".
Ученый считает, что эта работа может иметь и практические применения, такие как улучшение логических элементов квантовых компьютеров за счет повторения тех операций, которые "не сработали" в прошлые разы. "При нормальной интерпретации квантовой механики мы не можем ставить вопросы о том, что происходило раньше во времени. Нужно что-то вроде слабых измерений, чтобы хотя бы поставить подобные вопросы".
Источник: CNEWS.
Рейтинг публикации:
|
