Физики наблюдали кота Шредингера — превращение атомов из частиц в волну

Новая техника визуализации фиксирует превращение замороженных атомов лития в квантовые волны. Препринт исследования опубликован на сайте arXiv и пока не прошел рецензирования.

Французские исследователи разработали технологию визуализации двойственной природы крошечных частиц — корпускулярно-волнового дуализма, лежащего в основе квантовой механики. Данные наблюдений подтверждают уравнение Шредингера. Новый метод поможет изучить свойства сложных квантовых систем, полагают ученые.

Чтобы наблюдать двойственность частиц, физики охладили атомы лития до температур, близких к абсолютному нулю, бомбардируя их фотонами с помощью лазера. Охлажденные атомы удерживали с помощью оптической решетки. При этом физики периодически включали и выключали лазеры, позволяя атомам перемещаться, переходя из состояния, близкого к частице, до состояния, напоминающего волну, а затем обратно.

Камера микроскопа зафиксировала свет, излучаемый атомами в состоянии частицы в два разных момента времени, а между ними атомы вели себя как волны. Из множества отдельных изображений физики реконструировали форму волны и наблюдали, как она расширяется со временем, что полностью соответствует уравнению Шредингера.

Атомы лития, охлажденные почти до абсолютного нуля. Объединив несколько таких изображений, физики наблюдали, что атомы ведут себя как волны. Изображение: Joris Verstraten et al.

Исследователи отмечают, что полученные снимки — всего лишь демонстрация метода. Теперь они планируют использовать его для изучения систем сильно взаимодействующих атомов, о квантовых свойствах которых известно меньше. «Изучение таких систем улучшит наше понимание странных состояний материи, например тех, которые обнаружены в ядре чрезвычайно плотных нейтронных звезд или кварк-глюонной плазмы, которая, как полагают, существовала вскоре после Большого взрыва», — сказал Live Science Тарик Йефс, соавтор исследования.

Принцип корпускулярно-волнового дуализма предполагает, что все объекты квантового размера существуют как частицы и волны одновременно. Для объяснения квантовой механики австрийский физик Эрвин Шредингер придумал мысленный эксперимент. Он поместил кота в запертый ящик с радиоактивным веществом, счетчиком Гейгера и колбой с синильной кислотой. В определенный период времени атом вещества с определенной вероятностью может распасться. Это активирует счетчик Гейгера и запускает механизм, который разбивает колбу с ядом.

Поскольку сторонний наблюдатель не знает, распался ли атом, он также не знает, жив кот или мертв. Согласно квантовой механике в этот момент кот должен находиться в суперпозиции: он одновременно и жив, и мертв. Уравнение Шредингера показывает, что атомы существуют как пакеты волнообразной вероятности в пространстве, которые затем при наблюдении схлопываются в дискретные частицы.


Читать далее:

Ученые преодолели одно из ключевых препятствий для термоядерной энергетики

Посмотрите на сотни черных «пауков», которые заполонили Марс весной

Новый препарат может обратить диабет вспять

Иллюстрация на обложке: Изображение от GarryKillian на Freepik, сведения о лицензии

Подписывайтесь
на наши каналы в Telegram

«Хайтек»новостионлайн

«Хайтек»Dailyновости 3 раза в день

Первая полоса
Темные фабрики: будущее промышленности без человека
Мнения
Астрономы открыли рекордно далекую от звезды суперземлю
Космос
Датские ученые омолодили стволовые клетки, изменив их «диету»
Наука
Биологи описали стратегии любви у мышей: защищаться или «странствовать»
Наука
Якутские инженеры создали боевого «Скорпиона» для битвы роботов
Новости
Количество DDoS-атак удвоилось в первом квартале 2025 года
Новости
Сдвиг поверхности земли при землетрясении зафиксировали из космоса
Космос
Не так уж жарко: выяснилось, какая погода была на Марсе в прошлом
Космос
Целый океан исчез на Земле: как это изменило историю нашей планеты
Наука
Минцифры запускает эксперимент с ИИ на «Госуслугах»: что он будет делать
Новости
Сжигать жир можно с помощью мыслей: как это работает
Наука
Маркетплейсы превратили шопинг в зависимость: как не потратить свои деньги
Наука
ChatGPT научили материться, как сантехника Валеру из Омска
Новости
Написать научный труд в эпоху нейросетей: как сделать ИИ помощником?
Мнения
Следы «долгожданной» черной дыры нашли в соседней галактике
Космос
В Анапе испытали устройство для сбора мазута со дна моря
Наука
Филиппинские физики создали дешевые жидкие линзы из обычной воды
Наука
Perplexity вслед за OpenAI заявила в суде о желании приобрести Chrome
Новости
В МГУ разработали математическую модель для предотвращения давки
Наука
Посмотрите на самое подробное изображение Солнца, сделанное зондом Solar Orbiter
Космос