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
Гуманоидный робот с ИИ начал работать в лаборатории по созданию лекарств
Новости
Зонд «Афина» готовится к посадке у южного полюса Луны: где смотреть трансляцию
Космос
Китайские ученые «хранили свет» более часа: это новый рекорд
Наука
Предложена теория, которая объединяет квантовую механику и общую теорию относительности
Наука
Часть приборов «Вояджеров» отключат ради продления миссии за пределами Солнечной системы
Космос
Google тестирует поиск на основе ИИ: он дает ответы на развернутые вопросы
Новости
Свет впервые превратили в твердое тело, которое течет как жидкость
Наука
Квантовые технологии становятся компактнее: физики охладили атомы в системе на чипе
Новости
Модуль Blue Ghost поймал сигнал GPS на поверхности Луны
Космос
Сэм Альтман объявил о задержке выхода ChatGPT-4.5 и анонсировал изменение системы оплаты
Новости
В Китае нашли останки «гигантского» скорпиона, который жил в эпоху динозавров
Наука
Астрономы наблюдали сигналы от планеты, которую разорвала собственная звезда
Космос
Опубликовано подробное видео посадки модуля Blue Ghost на Луну
Космос
Китайский квантовый чип в квадриллион раз превзошел лучший суперкомпьютер
Новости
Камеры НАСА сняли ударную волну от сверхзвукового самолета
Новости
Генетики вывели «шерстистых» мышей: это часть проекта по возрождению мамонта
Наука
«Джеймс Уэбб» изучил атмосферу одинокого блуждающего газового гиганта
Космос
Lenovo представила сверхтонкий ноутбук, который заряжается от солнечного света
Новости
Первые звезды наполнили Вселенную водой до появления галактик, предполагают ученые
Космос
Физики создали магнитные вихри, способные имитируют работу синапсов нейронов
Наука