Ученые из Китая впервые провели эксперимент, который был предложен Альбертом Эйнштейном почти столетие назад для опровержения одного из основополагающих принципов квантовой механики — принципа дополнительности, выдвинутого Нильсом Бором.
Результаты показали, что Эйнштейн вновь оказался не прав: квантовые частицы действительно не позволяют одновременно точно измерять взаимодополняющие характеристики. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters (PRL).
Принцип дополнительности является основой квантовой физики и утверждает, что частица не может одновременно проявлять волновые и корпускулярные свойства в полном объеме. Вокруг этого положения в 1927 году на Сольвеевском конгрессе разразился знаменитый спор между Эйнштейном и Бором. Тогда Эйнштейн предложил мысленный эксперимент с двойной щелью, в котором, по его мнению, можно было бы одновременно выяснить, через какую щель прошла частица, и наблюдать интерференционную картину.
Бор ответил, что попытка точно измерить импульс частицы неизбежно приведет к неопределенности её положения и разрушит интерференцию. Почти сто лет спустя китайские физики под руководством Пань Цзяньвэя смогли проверить этот аргумент на практике.
В эксперименте роль частицы исполнял фотон, а «квантовой щелью» служил одиночный атом рубидия, удерживаемый оптическим пинцетом. Атом был охлажден до основного состояния и выступал как сверхлегкий рассеиватель, импульс которого запутывался с импульсом фотона. Изменяя глубину оптической ловушки, исследователи могли точно контролировать неопределенность импульса атома.
В результате было установлено, 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 отметили, что работа не только окончательно завершает один из самых известных философских споров в истории физики, но и открывает путь к новым экспериментам. В будущем команда планирует непосредственно исследовать квантовую запутанность и проследить переход от квантового поведения к классическому при увеличении массы «щели».
Фото: hi-tech.mail.ru