Физики подтвердили существование «неклассических» траекторий в эксперименте с тремя щелями: различия между версиями
[досмотренная версия] | [досмотренная версия] |
Содержимое удалено Содержимое добавлено
DonSimon (обсуждение | вклад) оформление |
Kupalan (обсуждение | вклад) мНет описания правки |
||
Строка 7:
[[Файл:Young experience.jpg|thumb|left|300px|[[w:Опыт Юнга|Опыт Юнга: интерференция на двух щелях]]]]
[[w:Опыт Юнга|Интерференция на двух щелях]] — это классический эксперимент, демонстрирующий волновые свойства света. Впервые он был осуществлён в самом начале XIX века [[w:Юнг Томас|Томасом Юнгом]]
В начале XX века, однако, было выяснено, что свет всё же состоит из частиц, получивших название фотонов, но эти частицы загадочным образом обладают и волновыми свойствами. Возникла концепция [[w:Корпускулярно-волновой дуализм|корпускулярно-волнового дуализма]], которая была распространена также и на частицы материи. В частности, наличие волновых свойств было обнаружено у [[w:Электрон|электронов]], а позднее и у атомов и молекул.
В новом разделе физики, возникшем в результате
Эксперимент с двумя щелями демонстрирует одно из центральных понятий квантовой физики — [[w:Квантовая суперпозиция|квантовую суперпозицию]]. Принцип квантовой суперпозиции утверждает, что если некий квантовый объект (например, фотон или электрон) может находиться в неком состоянии 1 и в неком состоянии 2, то он может находиться и в состоянии, которое является в некотором смысле частично и состоянием 1, и состоянием 2, это состояние и называется суперпозицией состояний 1 и 2. В случае с щелями частица может пройти через одну щель, а может через другую, но если обе щели открыты, то частица проходит через обе и оказывается в состоянии суперпозиции «частицы, прошедшей через щель 1» и «частицы, прошедшей через щель 2».
Строка 17:
В 2012 году в работе, опубликованной в журнале ''Physical Review A'', авторы обратили внимание, что принцип суперпозиции в этом случае зачастую понимают и даже объясняют в учебниках неправильно<ref name="PRA" />. Обычно говорят, что состояние частицы после прохождения двух щелей представляет собой суперпозицию её состояний после прохождения каждой из щелей при закрытой другой щели, однако это не совсем так. Когда открыты обе щели, каждая из них оказывает влияние на другую, и частица, вообще говоря, теперь проходит каждую из щелей не так, как проходила бы её, если бы другая щель была закрыта. И хотя отличие невелико, и его сложно измерить в эксперименте, оно может играть роль, если рассматриваются слабые эффекты. Кроме того, как оказалось, влияние щелей друг на друга можно усилить.
[[Файл:Three paths from A to B.png|thumb|left|300px|[[w:Формулировка квантовой теории через интегралы по траекториям|Примеры траекторий из бесконечного множества возможных, создающих вклад в вероятность перемещения квантовой частицы в точку B
Влияние одной щели на другую на квантовом языке проще объяснять через одно из альтернативных описаний квантовой физики, разработанных всё тем же Ричардом Фейнманом. Согласно его подходу, известному как [[w:Формулировка квантовой теории через интегралы по траекториям|интегралы по траекториям]], при перемещении частицы из одной точки в другую
Среди этих траекторий могут быть и такие, которые совершенно невозможны классически. Они, скажем, могут содержать участки, на которых частица движется в обратную сторону. В случае эксперимента с щелями это, например, траектории, которые сначала входят в одну щель, затем проходят через другую, а затем выходят через третью. Именно такие странные траектории и объясняют влияние одной щели на другую, потому что только они отсутствуют, когда одна из щелей закрыта.
Строка 28:
[[File:Triple-slit experiment with a representative non-classical path.jpg|thumb|right|300px|Схема эксперимента с тремя щелями с демонстрацией неклассической траектории]]
Чтобы наблюдать влияние щелей друг на друга, экспериментаторы предложили провести следующий опыт. Во-первых, использовался источник света, ширина луча которого меньше расстояния между щелями. Им освещалась только одна щель. При этом, согласно наивным представлениям, картина на экране не должна зависеть от того, есть другие щели, кроме освещаемой, или нет — ведь эти щели находятся в тени. И действительно, когда использовался свет с такой поляризацией, что плазмоны возбудиться не могли, на экране наблюдалась небольшая освещённая полоска напротив освещённой щели. Но когда поляризацию меняли, и плазмоны
На данный момент не совсем понятно, могут ли иметь эти исследования какое-то значение для прикладных задач. Авторы работы надеются, что с помощью усиления неклассических траекторий можно создавать более эффективные протоколы работы устройств, основанных на явлении квантовой суперпозиции и интерференции, — например, квантовых компьютеров, предназначенных для симуляции реальных квантовых систем (так называемые, квантовые симуляторы).
Кроме того, учёт неклассических траекторий важен для ещё одного направления в современной фундаментальной
Эксперимент был проведён в [[Рочестерский университет|Рочестерском университете]], [[штат Нью-Йорк]], [[США]]. Среди соавторов — представители университетов [[Германия|Германии]], [[Канада|Канады]] и [[Мексика|Мексики]].
|