Forskare använde en konstgjord atom för att visa möjligheten att hålla Schrödingers katt vid liv under en obestämd period, liksom att påskynda början av dess undergång. För detta och det behöver du inte ens titta in i rutan där den här katten vanligtvis sitter (eller inte sitter). Att använda klassiska analogier som detta kan verka förenklad eller udda, men för vetenskapen är det mycket viktigt. De visar hur verkligheten finns på en grundläggande nivå och kan leda till bättre verktyg som fysiker använder inom kvantteknik.
Forskare vid University of Washington i St. Louis beslutade att ta reda på om det var nödvändigt att samla in information från ett kvantsystem alls - eller, enklare, titta på en partikel - för att påverka dess beteende. Kanske räcker "bromsning"?
Spoiler alert: De har förstått att det inte finns något behov att titta på.
Lite historia: katten, lådan och Zenos effekter
Om någon inte vet vilken typ av Schrödingers katt, minns vi legenden. Enligt Köpenhamns tolkning av kvantmekanik har ett fysiskt objekt (som en atom) inga specifika egenskaper förrän vi mäter det. Som svar föreslog fysiker Erwin Schrödinger ett tankeexperiment. Han föreslog att om denna tolkning är korrekt, kan vi lägga det radioaktiva ämnet i en liten behållare bredvid Geiger-räknaren, binda räknaren till en hammare och placera hammaren över syrakapseln så att den krossar när atomen sönderfaller.
Om vi lägger allt detta i en låda med en katt, kommer vi inte att kunna mäta atomens egenskaper, för såvitt vi vet förföll atomen samtidigt och förföll inte (det är därför den har en halveringstid). Som en konsekvens kommer katten att vara både levande och död samtidigt tills vi tittar inuti.
Det här är legenden. Men hon har en dubbel botten.
Kampanjvideo:
1974 ställde forskare frågan: Beror livslängden för ett instabilt system på en mätanordning?
Denna paradox har blivit känd som kvant Zeno-effekten: Vad händer om vi kontinuerligt observerar en instabil atom? Kommer det att sönderdelas?
Enligt Zeno-effekten kommer den under konstant observation aldrig att avge en enda strålningspartikel. 1989 demonstrerades detta först i ett experiment av US National Institute of Standards and Technology, och en konstig hypotes blev en konstig verklighet.
Tio år senare föreslogs den motsatta Zeno-effekten - Antisenon-effekten. Ofta mätning av en radioaktiv atomkärna kan påskynda dess sönderfall beroende på processen.
Det återstår bara att förstå vad en "dimension" är.
För att mäta något som en radioaktiv atom, att observera över den och läsa dess parametrar och egenskaper, måste du på något sätt interagera med den så att information kommer ut i någon form. I processen kollapsar atomens många möjligheter till ett enda resultat, som vi ser. Men är denna kollaps orsaken till Zeno-effekten? Eller är det möjligt att påskynda eller bromsa nedbrytningen av en atom utan att leda till dess kollaps till ett absolut tillstånd?
Zeno mot Antisenon
Allt detta leder oss tillbaka till ett experiment genomfört av University of Washington.
För att avgöra om överföring av information skulle tvinga Zeno- eller Antiseno-effekten använde forskare en anordning som på många sätt uppför sig som en atom med många energitillstånd.
Denna "konstgjorda atom" kunde testa hypotesen om hur energitillstånd - elektromagnetiska lägen - kan påverka dessa effekter.
"Atomförfallets hastighet beror på tätheten för möjliga energitillstånd, eller elektromagnetiska lägen, för en given energi," säger forskaren Keiter Merch.”För att en atom kan förfalla måste den avge en foton i ett av dessa lägen. Fler mods betyder fler sätt att förfalla, så snabbare sönderfall”.
På samma sätt betyder färre mods färre alternativ för sönderfall, vilket förklarar varför en atomkanna under ständig övervakning aldrig svetsar. Merch och hans team kunde manipulera antalet lägen i sin konstgjorda atom innan de använde standardmätningar, kontrollerade dess tillstånd varje mikrosekund och påskyndade eller bromsade sitt "förfall".
"Dessa mätningar representerar den första observationen av två Zeno-effekter i ett enhetligt kvantsystem," säger Merch.
För att säkerställa att det var observation eller interferens som visade sig vara nyckeln gjorde forskare en så kallad kvasimätning, som skapar störningar utan att leda till att atomtillståndet kollapsade. Ingen visste vad resultatet skulle bli.
"Men data som samlats in hela dagen visade konsekvent att kvasimätningar gav Zeno-effekter på samma sätt som konventionella mätningar," säger Merch.
Följaktligen är det överträdelsen i mätprocessen och inte den direkta mätningen som leder till uppkomsten av Zeno- och Antiseno-effekterna.
Genom att veta detta kan vi tillämpa nya metoder för att kontrollera kvantsystem med Zeno-dynamik.
Vad betyder allt detta för den fattiga Schrödingers katt?
"Zeno-effekten säger att om vi testar katten, kommer vi att återställa sönderfallsklockan och rädda kattens liv", säger forskaren Patrick Harrington.”Men tricket är att Zenos effekter handlar om kränkningar, inte information, så du behöver inte ens titta in i rutan för att utlösa dem. Samma effekter kommer att äga rum om du bara skakar rutan."
ILYA KHEL
