Физики обнаружили новое квантовое явление - объединение спина и момента вращения квантовой частицы

Экспериментальная установка


Представьте себе танцовщицу, вращающуюся на кончиках пальцев ног вокруг своей оси, при этом, сама танцовщица находится на вращающейся карусели. При некотором невезении для этой танцовщицы в определенный момент времени ее собственный момент вращения может сложиться с моментом вращения карусели, и на ее тело будет воздействовать нагрузка, которая может привести к травме. Ученые из Венского технологического университета (TU Wien) обнаружили, что подобное явление может возникать и в квантово-механических системах, а обнаружено это было в ходе эксперимента, в котором вращающийся вокруг своей оси нейтрон пересекал вращающееся магнитное поле.

Напомним нашим читателям, что под понятием спина элементарной частицы подразумевается угловой момент ее орбитального вращения. "В данном случае спин - это угловой момент вращения объекта, близкого по размеру к бесконечно малой точке" - пишут исследователи, - "Подобные вещи практически не проявляются в нашей повседневной жизни, но законы квантовой механики дают нам возможность понять, как это все работает в некоторых случаях".

Еще в 1988 году ученые предсказали, как должен себя вести нейтрон, попав внутрь вращающейся среды (магнитного поля в частности). В этом случае должно произойти объединение спина нейтрона и момента вращения магнитного поля, но до последнего времени никому не удавалось продемонстрировать это экспериментально. "Нам же для этого потребовалось несколько лет работы и несколько не очень удачных попыток" - пишут исследователи.

В экспериментах нейтрон, подобно вращающемуся танцору на вращающейся карусели, пересекает область, в которой при помощи специальной катушки создается вращающееся магнитное поле. При этом, спин нейтрона до входа в магнитное поле и после выхода из него остается неизменным. Инерционные эффекты, воздействующие на нейтрон, проявляются только в области магнитного поля и это можно обнаружить только при помощи квантовой механики.

В недрах исследовательской установки нейтронный луч расщепляется на два независимых луча. Один из этих лучей проходит через область вращающегося магнитного поля, а второй не подвергается никаким внешним воздействиям. После этого оба луча вновь объединяются в один луч. Если рассматривать какой-нибудь отдельный нейтрон, то он, согласно причудам квантовой механики, находится одновременно в двух расщепленных лучах, и в первом луче инерциальные эффекты немного изменяют длину волны волновой составляющей этой квантовой частицы. В результате этого после сложения лучей волны или усиливают, или гасят друг друга, создавая картину наподобие интерференционной.

Самой сложной задачей, с которой довелось столкнуться исследователям, стала конструкция катушки, способной вырабатывать вращающееся магнитное поле. При этом, в самой катушке должно было быть маленькое окошко, через которое нейтронный луч проникал в область создаваемого ею магнитного поля. Подходящая геометрия обмоток этой катушки была получена при помощи компьютерного моделирования, а система была изготовлена и первоначально испытана на источнике нейтронов в Венском технологическом университете. Окончательные же эксперименты и измерения проводились на установке ILL, Гренобль, Франция.

"Во время наших экспериментов мы воспроизвели чисто квантово-механический эффект, который даже не может быть понят с точки зрения классической физики" - пишут исследователи, - "Пока мы еще не знаем и даже не можем предположить, в каких практических областях это все может быть использовано. Но обнаруженный нами эффект реально существует и поиски области применения для него являются теперь только делом времени".




Ключевые слова:
Спин, Частица, Вращение, Момент, Инерция, Квантовая, Механика, Нейтрон, Магнитное, Поле

Первоисточник

Другие новости по теме:
  • Ученые-физики произвели самые высокоточные измерения величины магнитного мо ...
  • Крошечные наномагниты могут сохранять стабильность при левитации, благодаря ...
  • Ученым удалось измерить параметры магнитного поля, удаленного от Земли на 5 ...
  • Исследователи компании IBM превратили микроскоп в измеритель магнитных свой ...
  • Создана лаборатория, почти полностью изолированная от внешних магнитных пол ...




  • Информация

    Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.