Квантовый Чеширский Кот
Квантовый Чеширский Кот (англ. Quantum Cheshire Cat) — парадоксальное явление в квантовой механике, суть которого заключается в том, что квантовая система при определённых условиях может повести себя так, как если бы частицы и их свойства были разделены в пространстве[1][2]. Другими словами, объект может быть отделён от своих собственных свойств[1].
Название данного явления является отсылкой к книге Льюиса Кэрролла «Алиса в Стране чудес», в которой один из её персонажей — Чеширский Кот — обладает способностью исчезать, оставляя после себя только одну свою улыбку[1].
Суть эксперимента
[править | править код]Методика эксперимента была разработана группой учёных из Великобритании и Израиля. Ими было предложено использовать метод слабого измерения для изучения парадокса «Квантового Чеширского Кота» на примере нейтронов. В ходе экспериментов с применением нейтронного интерферометра выполнялось разделение одного пучка нейтронов на два, идущих различными путями. В ходе этого проводились слабые измерения местоположения частиц, а также и их магнитного момента (спина). Результаты эксперимента показывают, что система ведёт себя так, как если бы нейтроны проходили по одному пути, в то время как их магнитный момент проходит по другому. То есть «коты-нейтроны» находятся в другом месте, нежели их «улыбки-спины»[1][2].
Идея квантового Чеширского кота впервые была предложена в 2010 году[3]. Якир Ааронов в 2013 году предложил способ применения слабых измерений для его обнаружения. Данный эксперимент, который впервые доказал существование подобного явления, был воспроизведён на источнике нейтронов в институте Лауэ-Ланжевена в Гренобле при участии специалистов из Венского технологического университета, разработавших измерительную установку[4].
В эксперименте на нейтронном интерферометре пучок нейтронов с направлением спинов вверх и вниз проходил через идеальный кристалл кремния и разделялся на две части. Далее оставлялся поляризованный пучок, внутри которого все нейтроны характеризуются одинаковым направлением спина. Спиновращатель ST1 поворачивал спин вдоль траектории движения. Затем в блоке SRs создавались два пучка с различной ориентацией спинов. Первый пучок нейтронов имел спин вдоль траектории движения нейтронов, в то время как спин второго пучка был ориентирован в противоположном направлении. После прохождения различными путями оба пучка объединялись, и затем наблюдалась интерференция пучков, отслеживаемых двумя детекторами[4][1].
В одном детекторе регистрировались только нейтроны, имеющие спин вдоль направления движения, остальные — игнорировались. Очевидно, что данные нейтроны должны были следовать по первому пути, поскольку только в нём нейтроны обладали таким спиновым состоянием, которое доказывается в эксперименте поочерёдной установкой на каждый из путей фильтров (ABS), поглощающих небольшую часть нейтронов. В случае же, когда второй пучок пропускался через фильтр, то регистрируемое количество нейтронов оставалось неизменным. В случае же, когда первый луч направлялся через фильтр, количество данных нейтронов уменьшалось[4][1].
Парадокс отмечался учеными при попытках определить местоположение нейтронных спинов. Для этого направление спинов слегка изменялось при помощи магнитного поля. Когда два пучка сводились, они интерферировали и могли усиливать либо подавлять друг друга. Небольшое изменение спинов должно было приводить к изменениям всей интерференционной картины. В ходе опытов выяснилось, что магнитное поле, приложенное к первому пучку, не производило никакого эффекта. Но, если магнитное поле приложить ко второму пучку, не содержащему регистрируемые нейтроны — появлялся нужный эффект. То есть система вела себя так, как если бы частицы были пространственно отделены от их магнитных свойств[4][1].
См. также
[править | править код]Примечания
[править | править код]- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 The Quantum Cheshire Cat. Дата обращения: 30 июля 2014. Архивировано из оригинала 18 октября 2016 года.
- ↑ 1 2 Tobias Denkmayr, Hermann Geppert, Stephan Sponar, Hartmut Lemmel, Alexandre Matzkin, Jeff Tollaksen & Yuji Hasegawa — Observation of a quantum Cheshire Cat in a matter-wave interferometer experiment NATURE COMMUNICATIONS 29.07.2014. Дата обращения: 30 июля 2014. Архивировано 10 августа 2014 года.
- ↑ BBC NEWS — Quantum Cheshire Cat' becomes reality. Дата обращения: 30 июля 2014. Архивировано 30 июля 2014 года.
- ↑ 1 2 3 4 Чеширский кот живёт в микромире Архивная копия от 3 августа 2014 на Wayback Machine // Наука и жизнь
Ссылки
[править | править код]- The Quantum Cheshire Cat (англ.)
- Tobias Denkmayr, Hermann Geppert, Stephan Sponar, Hartmut Lemmel, Alexandre Matzkin, Jeff Tollaksen & Yuji Hasegawa — Observation of a quantum Cheshire Cat in a matter-wave interferometer experiment Архивная копия от 10 августа 2014 на Wayback Machine // NATURE COMMUNICATIONS 29.07.2014, DOI: 10.1038/ncomms5492 (англ.)
- Physicists add 'quantum Cheshire Cats' to list of quantum paradoxes (англ.)
- Наука и жизнь — Чеширский кот живёт в микромире Архивная копия от 3 августа 2014 на Wayback Machine
- BBC News - Quantum Cheshire Cat' becomes reality Архивная копия от 30 июля 2014 на Wayback Machine