Ученые создали облако из атомов, не имеющих традиционных физических свойств

Квантовые частицы


Объекты, находящиеся в реальном физическом мире, окружающем нас с вами, обладают свойствами независимо друг от друга и вне зависимости от того, наблюдаемы мы за этими объектами или нет. Как-то Альберт Эйнштейн спросил, существует ли Луна даже тогда, когда на нее никто не смотрит? И ответ на этот вопрос весьма очевиден - да. Однако, такая очевидная уверенность является ошибочной в призрачном мире маленьких элементарных частиц, поведение которых описывается законами квантовой механики. Местоположение, скорость, магнитный момент и момент вращения частицы могут быть совершенно неопределенными, более того, эти характеристики могут проявляться только в момент их измерений или зависеть от квантового состояния других частиц.

Если принять во внимание недостоверное предположение о том, что атомы обладают некими параметрами независимо от измерений этих параметров и не зависят друг от друга, то можно вывести так называемое неравенство Белла (теорему Белла). Однако, эти уравнения описывают то, что свойства атомов, находящихся в определенном квантовом состоянии взаимосвязаны и это называется корреляцией Белла. Теорема Белла также определяет, что свойства атома проявляются лишь в момент измерения этого свойства, в любое другие время они не только неизвестны, их даже не существует как класса.

Группа исследователей из университета Базеля (University of Basel), возглавляемая профессорами Николасом Сэнгоуардом (Nicolas Sangouard) и Филиппом Треутлейном (Philipp Treutlein), работая совместно с коллегами из Сингапура, впервые наблюдала явление корреляции Белла в большой квантовой системе, состоящей из 480 атомов конденсата Бозе-Эйнштейна. Подобные наблюдения проводились и ранее, но в них было задействовано очень малое количество квантовых частиц, четыре фотона света в одном случае и 14 атомов во втором случае. А в данном случае результаты экспериментов указывают на то, что специфичные квантовые эффекты проявляются должным образом и в больших квантовых системах.

Для наблюдения эффекта корреляции Белла в большой квантовой системе ученым потребовалось сначала разработать новый метод, который не требует измерений свойств какой-либо отдельно взятой частицы, такое попросту невозможно на нынешнем уровне развития науки и техники. В этом деле ученым помогло еще одно уравнение из серии неравенств Белла, которое было открыто не так давно. Ученые создали облако из атомов, которые были охлаждены при помощи лазерного света до температуры, на несколько тысячных долей градуса превышающей температуру абсолютного нуля.

Атомы в таком облаке постоянно сталкиваются и между их магнитными моментами возникает явление квантовой запутанности. Когда количество запутанных атомов достигает определенной величины, то можно обнаружить эффекты влияния корреляции Белла. "Можно предположить, что случайные столкновения атомов только увеличивают количество хаоса в системе" - рассказывает Роман Шмид (Roman Schmied), ведущий исследователь, - "Однако, квантово-механические свойства этих атомов становятся запутанными настолько, что это нарушает классическую статистику".

В созданном учеными конденсате Бозе-Эйнштейна каждый из атомов переведен в состояние квантовой суперпозиции. Такие атомы запутываются путем столкновений, в результате чего ученые имеют возможность рассчитать, сколько из атомов продолжают оставаться в состоянии суперпозиции. Отношение атомов, сохранивших и утерявших свое изначальное состояние, изменяется неопределенным образом от эксперимента к эксперименту. А когда отношение падает ниже некоего предела, становится ясным то, что атомы будто бы предварительно "согласовались" с результатами измерений их параметров, и такое "согласование" достаточно точно описывается корреляцией Белла.

Проделанная учеными работа имеет пока больше всего чисто теоретическое значение, но в будущем она может открыть новые возможности для реализации множества квантовых технологий, к примеру, для генерации случайных чисел, безопасных квантовых коммуникаций и квантовых вычислений. "Корреляции Белла в системах, состоящих из большого числа квантовых частиц - это пока еще совершенно неизведанная область, в которой имеется масса нерешенных вопросов" - рассказывает Роман Шмид, - "Проводя наши эксперименты, мы входим в область обширного "белого пятна" на карте знаний о физике окружающего нас мира".




Ключевые слова:
Теорема, Неравенство, Корреляция, Белла, Частица, Атом, Свойства, Квантовая, Механика, Физика, Система

Первоисточник

Другие новости по теме:
  • Ученым удалось измерить уровни корреляции Белла в квантовой системе, состоя ...
  • Ученые впервые "сплели узлы" из сверхохлажденного квантового газа
  • Использование двух атомов различных элементов позволяет повысить стабильнос ...
  • Квантовый термометр сможет измерить самую низкую температуру во Вселенной
  • Созданы первые связанные на квантовом уровне атомы-близнецы.




  • 7 мая 2016 13:46
    #1 Написал: interim

    Публикаций: 0
    Комментариев: 176
    самое интересное и неожиданное здесь то, что не только атомы в эксперименте (при сверхнизкой температуре) находятся в состоянии суперпозиции и состояние каждого из них, по отдельности, становится определенным, когда его измеряют, но и сами экспериментаторы (при вполне комнатных температурах!) находятся в состоянии суперпозиции с исследуемым облаком атомов, и состояние экспериментаторов также изменилось в результате этого эксперимента (!). более того, похоже, что система всех живых организмов на нашей планете находится в состоянии суперпозиции друг с другом и со своим окружением, в виде наблюдаемой вселенной, и вся эта система детерминированно эволюционирует во времени, благодаря наблюдениям/измерениям..


    --------------------
        
    7 мая 2016 14:50
    #2 Написал: RealNeo

    Публикаций: 0
    Комментариев: 0
    interim,И с вами согласен Александр Львовский https://www.youtube.com/watch?v=toryl7BkNM0
        
    7 мая 2016 23:37
    #3 Написал: interim

    Публикаций: 0
    Комментариев: 176
    Цитата: RealNeo
    с вами согласен Александр Львовский


    да, в целом он хорошо излагает, но не доходит до самого важного (!): ради чего производятся наблюдения/измерения и как они влияют на наблюдателя и его реальность, в которой наблюдатель существует. а без этого все эти мысленные эксперименты, как, собственно, и сами физические измерения выглядят не законченными и лишенными глубокого смысла -- не позволяют понять, как в конечном итоге устроен мир наблюдателя с позиций КМ..


    --------------------
        
    10 мая 2016 10:10
    #4 Написал: Bond013

    Публикаций: 0
    Комментариев: 246
    Цитата: interim
    и неожиданное здесь то, что не только атомы в эксперименте
    Слово "неожиданно" здесь не очень уместно. wink А вообще я рад что Вы находитесь на верном пути.
        
    10 мая 2016 12:54
    #5 Написал: Rsa

    Публикаций: 0
    Комментариев: 497
    Если принять во внимание недостоверное предположение о том, что атомы обладают некими параметрами независимо от измерений этих параметров и не зависят друг от друга, то можно вывести так называемое неравенство Белла (теорему Белла). Однако, эти уравнения описывают то, что свойства атомов, находящихся в определенном квантовом состоянии взаимосвязаны и это называется корреляцией Белла. Теорема Белла также определяет, что свойства атома проявляются лишь в момент измерения этого свойства,

    Трижды перечитал, но так и не избавился от ощущения, что первое предложение явно противоречит последнему.

    Вообще, очень много путаницы вокруг "запутывания". И очень часто бездоказательно выдают незнание каких-то параметров частицы или системы частиц в конкретный момент времени за отсутствие существования этих параметров как таковых. Отличить одно от другого неспециалисту очень сложно.

    Вот возьмем самый известный пример - кота Шредингера. Когда нет возможности определить жив он или мертв сидя внутри камеры, куда мог поступить или не поступить ядовитый газ в результате случайного распада изотопа. Вроде бы да, имеет место парадокс суперпозиции. Мы не знаем жив он или мертв, пока не заглянем внутрь. Однако, если эксперимент слегка модифицировать - поместить рядом с котом видеокамеру, которая все это время исправно записывает в свою память картину происходящего, иллюзия разрушается. Система по прежнему остается для нас закрытой и недоступной для измерений, и можно сколько угодно рассуждать о суперпозиции... но на этот раз мы точно будем знать что и когда на самом деле случиться внутри, как только доберемся до записей. Слишком часто невозможность точного измерения в нужный момент стали выдавать за обязательное состояние суперпозиции.
        
    10 мая 2016 13:55
    #6 Написал: interim

    Публикаций: 0
    Комментариев: 176
    Цитата: Bond013
    Слово "неожиданно" здесь не очень уместно. А вообще я рад что Вы находитесь на верном пути.


    угу. если учесть, что совсем недавно Вы даже не задумывались о связи процессов измерения с эволюцией наблюдателя, а также о том, кто же может быть этим таинственным наблюдателем, о котором постоянно говорят физики, не углубляясь в это понятие.. то Ваше замечание выглядит особенно пикантно - Ваша мысль движется в верном направлении))

    Цитата: Rsa
    Вот возьмем самый известный пример - кота Шредингера.


    только не надо трогать к месту и не к месту бедного кота. он тут не при чем!))

    к чудесам квантового мира данный кот имеет опосредованное отношение. все-таки это чисто классический объект в данном мысленном эксперименте -- как та же видеокамера или любой другой физический прибор, призванный зафиксировать состояние атома некоего нестабильного радиоактивного элемента. даже точнее -- состояние другого классического объекта - счетчика Гейгера (сработал/не сработал). фактически кот -- это таймер, который фиксирует время срабатывание счетчика и, следовательно, распад атома (опустим, для простоты, возможность ложных срабатываний!). по состоянию трупика котика, криминалист всегда имеет возможность восстановить момент наступления смерти животного, который считается связанным с событием распада атома.

    итак, что мы имеем в конечном итоге: имеется атом радиоактивного элемента в одном из своих относительно стабильных метасостояний. весь мысленный эксперимент связан ИСКЛЮЧИТЕЛЬНО с интерпретациями именно его состояния (!): можем ли мы, с уверенностью говорить, в каком состоянии находится этот атом, если не вести за ним постоянное наблюдение? вроде бы, ответ однозначен - нет, атом находится в неопределенном состоянии или в суперпозиции своих состояний (распался/не распался). проблема только в том, что, чтобы гарантированно исключить возможность влияния распада атома на внешнюю среду экспериментатора/наблюдателя, из которой можно косвенно извлечь информацию о его состоянии, этот атом нужно надежно от всего изолировать - т.е. поместить в изолированную "коробку" -- в действительности в ДРУГУЮ (!) вселенную. и иметь при этом возможность в нее каким-то образом заглядывать, время от времени. те же проблемы, что и с квантовыми компьютерами, кстати, которые требуется надежно изолировать от окружения, стремящегося разрушить когерентность.

    вот здесь-то и начинаются вопросы: возможно ли надежно изолировать от внешнего мира разные объекты, либо отдельные параметры этих объектов? как мы видим, спрятать от наблюдателя отдельные параметры (спины, магнитные моменты), создав НОВЫЙ объект, в виде конденсата из сверхохлажденных атомов, возможно. вроде бы нет и особых проблем с отдельным атомом. но вот изолировать целого кота, не изменив и не убив его -- это как раз и не получается. нужно понимать, что за особый вид квантовой системы представляют из себя живые существа. а этого понимания как раз и нет!

    но саму проблему Шредингер и Эйнштейн (это в их дискуссии появился знаменитый кот) чувствовали верно -- чем классические живые объекты отличаются от квантовых или неживых, и как связаны между собой классический и квантовый миры?! и, конечно, про фундаментальную роль наблюдателя в процессах, связанных с эволюцией (т.е. с изменениями) в наблюдаемом окружении (т.е. в наблюдаемой вселенной); что из себя представляет процесс измерения состояния квантовой системы.


    --------------------
        
    10 мая 2016 15:00
    #7 Написал: Bond013

    Публикаций: 0
    Комментариев: 246
    Цитата: interim
    угу. если учесть, что совсем недавно Вы даже не задумывались о связи процессов измерения с эволюцией наблюдателя, а также о том, кто же может быть этим таинственным наблюдателем, о котором постоянно говорят физики, не углубляясь в это понятие.. то Ваше замечание выглядит особенно пикантно - Ваша мысль движется в верном направлении))


    Пути Господни неисповедимы. Мы с Вами двигаемся разными путями но к одной цели. И я открыт к восприятию нового, причём с лёгкостью "разрушаю" старое и "убиваю" метров науки без угрызений совести, чего Вы себе не позволяете lol
        
    11 мая 2016 09:57
    #8 Написал: Джон

    Публикаций: 0
    Комментариев: 475
    "Проводя наши эксперименты, мы входим в область обширного "белого пятна" на карте знаний о физике окружающего нас мира" - Да ладно вам...: баба Дуся тоже может свои пирожки с капустой расхваливать так, что пирожки с мясом (у бабы Клавы) никто брать не будет, пока не закончатся первые. Казалось бы, старушки сидят напротив друг друга, так сказать в состоянии квантовой суперпозиции, но пирожки с капустой уходят быстрее...

    Я вот о чем подумал: а что, если пирожки заменить "первыми" блюдами?
    Бабе Дусе поставить на разлив борщ, а бабе Клаве суп с лапшой...: другими словами ввести в эксперимент два новых действия "заливать" и "вешать на уши". Больше чем уверен, что из двух очередей образуется одна непрерывная замкнутая цепочка, желающая и первого, и второго действия одновременно.
        
    11 мая 2016 15:04
    #9 Написал: solim

    Публикаций: 0
    Комментариев: 60
    Комменты рулят lol
        

    Информация

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