A fizikusok új rekordot döntöttek az eddigi legsúlyosabb Schrödinger macskával: ScienceAlert

Egy apró oszcilláló kristály, amely alig nyom többet, mint egy homokszem, a legnehezebb tárgy, amelyet valaha is feljegyeztek a helyek szuperpozíciójában.

A zürichi Svájci Szövetségi Műszaki Intézet (ETH) fizikusai egy mechanikus rezonátort kapcsoltak a kvantumszámítástechnikában általánosan használt szupravezető áramkörhöz, hogy példátlan méretekben reprodukálják Erwin Schrödinger híres gondolatkísérletét.

Ironikus módon Schrödinger kissé szkeptikus lenne abban, hogy bármi ilyen nagy – nos, egyáltalán bármi – létezhetne a valóság kétértelmű állapotában.

A szuperpozíciós állapotok mindennapi tapasztalatainkban páratlanok. Nézze meg a futballlabda leejtését, és egy stopperórával nyomon követheti annak esését. Végső nyugalmi helyzete világos, mint a nappal, és még az is nyilvánvaló, hogy hogyan forog repülés közben.

Ha becsukja a szemét, amikor leesik, nincs okunk azt gondolni, hogy ezek a helyzet- vagy viselkedési állapotok eltérőek lehetnek. A kvantumfizikában azonban az olyan jellemzők, mint a helyzet, a forgás és a lendület, nem léteznek értelmes módon, amíg nem látunk egy labdát a földön.

Az elméleti fizika másik nagy súlyújával, Albert Einsteinnel együtt Schrödinger nem volt teljesen lelkes a kísérletek értelmezéséhez, amelyek azt mutatták volna, hogy a részecskék nem rendelkeznek pontos tulajdonságokkal, amíg a megfigyelés nem adott nekik megfelelőt.

Hogy megmutassa, mennyire abszurd az egész ötlet, az osztrák Nobel-díjas egy olyan forgatókönyvet írt le, amelyben egy részecske nem megfigyelt helyét egy láthatatlan macska életéhez kapcsolták.

Képzelje el, ha úgy tetszik, hogy egy részecske véletlenszerűen kiköp egy bomló atomból, és nekiütközik egy Geiger-számlálónak, amitől a méregüveg összetörik, és azonnal megöl egy macskát. Mivel mindez egy dobozban játszódik, az események és azok időzítése észrevétlen marad.

Menj az úgynevezett Koppenhágai értelmezés A kvantumfizikában a láthatatlan rendszer minden lehetőség állapotában létezik, amíg a végső állapotát meg nem figyeljük. A részecske kibocsátott és nem kibocsátott. Geiger-számláló aktív és inaktív. A méregüveg törött, nem tört össze. És a macska él és halott.

Ezt a halálos álcázást szinte lehetetlen elképzelni, de könnyen ábrázolható Schrödinger hullámszerű egyenlete.

Közel egy évszázaddal később Schrödingeré már nem vicc. Nemcsak kis molekulákban, hanem teljes molekulákban is megfigyelték (nem beszélve a több ezer atomból álló csoportokról). Módosíthatjuk a dobozt, hogy a macska soha ne haljon meg. Még a beállítással is bütykölhetjük a macska szétválasztását. Valójában az egész technológia ugyanazokon az elveken alapul, mint a szuperpozíciós állapotú objektumok.

Bár még soha egyetlen macskát sem fenyegetett kvantumkísérlet – az erkölcsök miatt –, az elmélet továbbra is egyértelmű. A nagy tárgyak, mint a macskák, sőt, az emberek, az elefántok vagy akár a dinoszauruszok, ugyanúgy létezhetnek szuperpozíciós állapotban, mint az elektronok, kvarkok és fotonok.

A matematika nem hagy teret kétségnek, de egy ilyen ködös jelenlét ilyen nagy léptékű hatásainak megfigyelése teljesen más történet.

Atomi szinten a beteljesületlen sorsok árnyalata látható a meglehetősen primitív berendezéssel. Az objektumok tulajdonságainak növekedésével egyre nehezebbé válik a szuperpozíció aláírásainak empirikus előhívása.

Ebben az utolsó kísérletben a magas hanghullámok rezonátora, ill habar, macskaként 16,2 µg. Ami hiányzik belőle a bajuszból és a halpuffadásból, azt pótolja, hogy árammal működtetve rövid frekvenciatartományban tud zúgni.

„A két rezgésállapot egymásra helyezésével a kristályban hatékonyan létrehoztunk egy 16 mikrogramm súlyú Schrödinger macskát.” Mondja Vezető szerző és az ETH zürichi fizikusa, Yiwen Chu.

A radioaktív atom, a Geiger-számláló és a méreg szerepére az A-csapat Küldegy szupravezető áramkör, amely áramforrásként szolgált a kísérlethez, az érzékelőhöz és a szuperpozícióhoz.

A kettő összekapcsolása lehetővé tette a kutatóknak, hogy a HBAR-t mozgásba hozták úgy, hogy rezgései egyszerre két fázisban remegtek, ez a jelenség ismét átvitelben volt.

Nyitott kérdés, hogy a jövőbeli kísérletek mekkora méretűek lehetnek. A gyakorlatban a szuperpozíció mérethatárainak feszegetése új módszereket eredményezhet a kvantumtechnológia hatékonyabbá tételére, vagy érzékenyebb eszközök alapját képezheti az anyag és az univerzum tanulmányozására.

Alapvetően továbbra is kérdések merülnek fel azzal kapcsolatban, hogy mit jelent egyáltalán az anyag szuperpozíciója. A kvantummechanika pontosítása terén elért több évtizedes haladás ellenére van Még mindig nem világos Miért változtatna Schrödinger macskájának sorsán a doboz kinyitása?

Hogy mit jelent talán valósággá változni, az ugyanolyan részecskefizikai rejtély marad, mint amikor Schrödinger megálmodta egy macskáról szóló eszméletlen elképzelését, aminek nem kellene lennie.

Ez a kutatás ben jelent meg Tudományok.