Исследователи из Национального университета Сингапура и Университета Нового Южного Уэльса в Сиднее впервые экспериментально доказали, что вращение атомного ядра является квантовым явлением. Работа опубликована в журнале Newton.
Спин – это фундаментальная характеристика элементарных частиц. Его можно представить как своеобразное "внутреннее вращение" частицы, которое определяет, как она взаимодействует с магнитными и электрическими полями.
Долгое время считалось, что спин элементарных частиц, таких как электроны или протоны, демонстрирует квантовые свойства только при взаимодействии с магнитным полем. Однако при свободном вращении их поведение практически неотличимо от обычного классического вращения, подобного колесу рулетки.
Профессор Валерио Скарани и его студент Зо Лин Хтуо поставили перед собой задачу доказать, что в особых состояниях спин атомного ядра действительно ведет себя исключительно квантово. Эксперимент был проведен в сотрудничестве с группой профессора Андреа Морелло, обладавшей необходимыми приборами для ультраточных измерений.
В эксперименте ученые использовали ядро сурьмы (Sb), вращение которого отслеживалось по семи измерениям за один полный цикл. Если бы спин был классическим, вероятность обнаружить его в положительном состоянии могла бы составлять не более 0.571.
Однако при создании особого квантового состояния, известного как состояние Шредингера, исследователи зафиксировали вероятность 0.636, что превышает классический предел. Это стало прямым доказательством того, что спин ядра действительно находится в суперпозиции – состоянии, невозможном с точки зрения классической физики.
"Ранее считалось, что наблюдение прецессии спина в магнитном поле не позволяет отличить квантовое поведение от классического", – отметил профессор Морелло. – "Мы опровергли этот взгляд, доказав, что квантовые эффекты можно выявить даже на уровне одиночного атомного ядра".
Профессор Скарани подчеркивает, что их работа не только подтверждает фундаментальную природу квантовой механики, но и открывает новые возможности для квантовых технологий. Исследователи планируют продолжить изучение квантовых явлений и их возможных приложений в вычислениях и сенсорах.
Свежие комментарии