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
Китай показал лазерную передачу данных со спутника со скоростью 100 Гбит/с
Космос
Кольцо весом 500 кг упало на Землю: откуда оно — неизвестно
Космос
Болезнь Альцгеймера связали с вирусом, которым заражены миллиарды людей
Наука
В Венгрии нашли древнейшее средневековое захоронение женщины с оружием
Наука
Ученые измерили излучение от смартфонов и сетей связи 5G
Новости
Раскрыта тайна миграции летучих мышей: они могут «оседлать шторм»
Наука
Китай обогнал Starlink: данные с орбиты передали со скоростью 100 Гбит/с
Космос
Найден неуловимый вулкан, который охладил Землю во времена Пушкина
Наука
Полеты к Луне, новый телескоп и анализ астероида: за какими миссиями следить в 2025 году
Кейсы
Как викинги и германцы пересекали Европу: анализ ДНК раскрыл пути древней миграции
Наука
Анализ «генеалогии» использовали для выявления опасных бактерий и вирусов
Наука
Астрофизики отследили источник радиосигнала из далекой галактики
Космос
Робот на водке, тараканы-киборги и механический голубь: необычные устройства 2024 года
Кейсы
Лучшее за 2024 год: интересные статьи партнеров
Кейсы
Борьба с ВИЧ, карта мозга и супер-земля: открытия 2024 года, изменившие мир
Кейсы
Чем запомнился 2024 год в изучении космоса: лунные миссии, успехи Маска и тайны темной материи
Кейсы
Неожиданное место активности гравитационных волн нашли в космосе
Космос
Астрономы нашли гигантский резервуар воды в космосе
Космос
У библейской горы в Иерусалиме обнаружили редкий артефакт
Наука
Кто-то смотрит в космос: посмотрите на туманность с необычной формой
Космос