Ученые измерили квантовую суперпозицию: через «первую щель» прошла треть нейтрона

Исследователи представили новый метод проведения двухщелевого опыта. Работа не только продемонстрировала квантовую суперпозицию для нейтрона, но также показала, как измерить распределение частицы между двумя путями движения.

Физики использовали установку для работы с нейтронами в Институте Лауэ-Ланжевена в Гренобле. В этой установке нейтроны направляются на кристалл, который расщепляет квантовую волну нейтрона на две частичные волны. Эти новые нейтронные волны движутся по двум разным путям и снова рекомбинируют. 

Помимо измерения самой частицы после воссоединения, установка позволяет измерить спин нейтрона. Исследователи отмечают, что если нейтрон движется только по одному из двух путей, то впоследствии по спину можно определить, по какому пути он пошел. Ученые измеряют значение спина до разделения и после слияния частичных волн. 

При помощи метода проб и ошибок физики определяют угол, необходимый для поворота спина наложенного состояния обратно в исходное направление. Сила этого вращения, как отмечают ученые, показывает, насколько сильно нейтрон присутствовал на каждом пути. Если бы он пошел только по тому пути, по которому вращался спин, полный угол поворота был бы необходим, чтобы повернуть его обратно. Если бы он пошел только по другому пути, то вообще не было бы необходимости в обратном вращении. 

Ученые отмечают, что для определения оптимального угла вращения требуется много нейтронов, но как только он установлен, определяемое на его основе распределение применяется к каждому отдельному обнаруженному нейтрону. Например, в эксперименте, проведенном с помощью специального асимметричного светоделителя, было показано, что нейтроны присутствуют на одну треть в одном пути и на две трети в другом.

Результаты наших измерений подтверждают классическую квантовую теорию. Новинка в том, что не нужно прибегать к неудовлетворительным статистическим аргументам: при измерении одной частицы наш эксперимент показывает, что она должна идти двумя путями одновременно, и однозначно определяет соответствующие пропорции.

Стефан Спонар, соавтор исследования из Венского университета

Двухщелевой опыт — самый известный в квантовой физике: отдельные частицы выстреливаются в стену с двумя отверстиями, за которыми детектор измеряет, куда попадают частицы. Традиционный подход к проведению опыта, как отмечают исследователи, основан на множестве повторений и статистической оценке всех результатов. 

«В классическом эксперименте за двойной щелью создается интерференционная картина. Частицы движутся как волна через оба отверстия одновременно, и две волны затем интерферируют друг с другом. В некоторых местах они усиливают друг друга, в других местах они нейтрализуют друг друга», — объясняет Спонар. 

Вероятность измерения частицы за двойной щелью в очень конкретном месте зависит от этой интерференционной картины: там, где квантовая волна усиливается, вероятность измерения частицы высока. Там, где квантовая волна компенсируется, вероятность мала. Это распределение волн нельзя увидеть, глядя на одну частицу. Только когда эксперимент повторяется много раз, волновая картина становится все более узнаваемой точка за точкой и частица за частицей.


Читать далее

Посмотрите на «бесшумный» дрон с ионным двигателем нового поколения

Самцы древних трилобитов пристегивали самок во время спаривания

У России и США есть самолеты Судного дня: как и куда они полетят в случае конца света

Подписывайтесь
на наши каналы в Telegram

«Хайтек»новостионлайн

«Хайтек»Dailyновости 3 раза в день

Первая полоса
Вирус герпеса перестраивает геном человека, но есть способ его остановить
Наука
Разработаны роботы размером с игрушечную машинку для ремонта водопроводных труб
Новости
В Самаре запустили первый в России дата-центр, объединяющий майнинг и ИИ
Новости
Болезнь Паркинсона на ранней стадии определят по ушной сере
Наука
BI-стратегия компании: что она дает и как ее создать
Мнения
В Мариинке показали оперу, которую дописал искусственный интеллект
Новости
Открыт нейронный путь, который приводит к бессонице после перенесенного стресса
Наука
Китайский маглев установил рекорд: разогнался до 650 км/ч за семь секунд
Новости
Австралийские бабочки используют звезды для навигации в пространстве
Наука
Древний череп из Китая впервые позволил понять, как выглядели денисовцы
Наука
Открыта загадочная связь между уровнем кислорода и магнитным полем Земли
Космос
Альтернатива сжиганию: разработана технология переработки угля в высокотехнологичное сырье
Наука
Ракета Starship Илона Маска взорвалась на площадке при подготовке к испытаниям
Космос
TECNO MEGABOOK K15S: универсальный ноутбук для тех, кто работает, создает и отдыхает
Кейсы
Два китайских спутника встретились на орбите Земли
Космос
В Москве пройдет второй Международный технологический конгресс МТК-2025
Новости
Из перовскита создали датчик изображения, который улавливает в три раза больше света
Новости
ИИ научили предсказывать риск провала технологических новинок
Новости
Разработан нанопластырь с микроиглами, который может заменить биопсию
Наука
В глубинах Тихого океана обнаружили пауков, питающихся бактериями
Наука