PRL: Бор оказался прав в споре с Эйнштейном

Ученые из Китая впервые реализовали эксперимент, предложенный Альбертом Эйнштейном почти сто лет назад для опровержения одного из ключевых принципов квантовой механики — принципа дополнительности Нильса Бора. Результаты показали, что Эйнштейн снова оказался не прав: квантовые частицы действительно не позволяют одновременно точно измерять взаимодополняющие свойства.

Работа опубликована в журнале Physical Review Letters (PRL).

Принцип дополнительности лежит в основе квантовой физики и утверждает, что частица не может одновременно проявлять волновые и корпускулярные свойства в полном объеме. Именно вокруг этого положения в 1927 году на Сольвеевском конгрессе разгорелся знаменитый спор между Эйнштейном и Бором. Тогда Эйнштейн предложил мысленный эксперимент с двойной щелью, в котором, как он считал, можно было бы одновременно узнать, через какую щель прошла частица, и наблюдать интерференционную картину.

Бор возразил, что попытка точно измерить импульс частицы неизбежно приведет к неопределенности ее положения и разрушит интерференцию. Почти век спустя китайские физики под руководством Пань Цзяньвэя смогли проверить этот аргумент на практике.

В эксперименте роль частицы играл фотон, а "квантовой щелью" служил одиночный атом рубидия, удерживаемый оптическим пинцетом. Атом был охлажден до основного состояния и выступал сверхлегким рассеивателем, импульс которого запутывался с импульсом фотона. Изменяя глубину оптической ловушки, исследователи могли точно управлять неопределенностью импульса атома.

В результате оказалось, что чем точнее удается "подсмотреть" корпускулярное поведение фотона, тем сильнее размывается интерференционная картина, как и предсказывал Бор.

Ученым также удалось учесть влияние нагрева атома, возникавшего из-за колебаний лазеров, с помощью рамановской спектроскопии в реальном времени. Это позволило отделить чисто квантовые эффекты от классических.

Исследователи подчеркнули, что работа не только окончательно закрывает один из самых известных философских споров в истории физики, но и открывает путь к новым экспериментам. В дальнейшем команда планирует напрямую исследовать квантовую запутанность и проследить переход от квантового поведения к классическому при увеличении массы "щели".