Još jedna kvantna mačka

“Pa dobro”, reče Mačka. I ovoga puta je nestajala polagano. Počela je od vrha repa i završila smiješkom, i on je ostao za neko vrijeme na grani i kad joj je sve ostalo iščezlo. “Eh, često sam viđala mačku bez smiješka, ali smiješak bez mačke! E, nikad u životu ništa čudnije nisam vidjela!”1

Nakon, u nauci mnogo poznatije Šredingerove, koja je u isto vrijeme živa i mrtva, još jedna mistična mačka se “mota” po laboratorijama – Češirska mačka iz romana Alisa u zemlji čuda Luisa Kerola. Kao što pred Alisom mačka polako nestaje ostavljajući samo svoj osmijeh tako su fizičari uspjeli da vide neutron na jednom mjestu, a njegov spin na drugom!

Još jedna kvantna mačka Fizika Još jedna kvantna mačka Fizika

Češirska mačka u Diznijevom crtanom filmu “Alisa u zemlji čuda” (1951)

U kvantnoj mehanici čuda se dešavaju. Ako čestici pokušamo precizno izmjeriti i položaj i brzinu možemo biti zadovoljni samo donekle, da ne pominjemo da ta čestica u isto vrijeme predstavlja i talas. Kontraintuitivnosti nikad kraja, jer čestica se istovremeno može nalaziti na dva (ili više) mjesta, ali samo dok mi ne mjerimo njen položaj. Postulat mjerenja “kvari zabavu” jer ako izmjerimo položaj čestice ona će ostati samo u tom položaju i “nestaće” sa svih drugih na kojima se nalazila. Na ovaj način se mjerenjem kvantni sistem mijenja.

Ideju slabog mjerenja, koje donosi informacije o kvantnom sistemu ne mijenjajući ga, 1988. godine predstavili su Aharonov, Albert i Vajdman.  Slabo mjerenje je vrsta retrospektivnog mjerenja u kome se birajući početno i posmatrajući tačno određeno krajnje stanje skupa čestica može doći do informacija o dinamici sistema. Koristeći upravo slaba mjerenja Aharonov je predložio eksperiment koji bi predstavljao kvantnu Češirsku mačku. Kao što u Kerolovom romanu Alisa u jednom trenutku vidi samo osmijeh mačke ali ne i njeno tijelo, u fizici se stanje u kome je čestica na jednom mjestu, a neka njena osobina (naelektrisanje, polarizacija…) na drugom naziva kvantnom Češirskom mačkom.

Još jedna kvantna mačka Fizika

Umjetničko viđenje eksperimentalne postavke za detekciju kvantne Češirske mačke2

Eksperiment je u Institutu Laue-Lanževen u Grenoblu izveo Tobijas Denkmajr sa saradnicima. Snop neutrona, je na ulazu u interferometar podijeljen na dva snopa (dvije grane interferometra), koji su na izlazu iz interferometra ponovo spojeni i posmatrana je interferenciona slika. Za mjerenje intenziteta neutronskog snopa u obje grane interferometra naizmjenično je postavljan apsorber (koji služi da “upije” neutrone). Utvrđeno je da apsorber utiče na interferencionu sliku samo kada se nalazi u jednoj grani interferometra, što znači da je većina neutrona upravo u toj grani. Nakon toga slabo magnetno polje je uključivano naizmjenično u granama interferometra i slika je bila narušena samo kada je polje bilo uključeno u jednoj od njih i to ne onoj u kojoj se nalaze neutroni. Kako neutron sa magnetnim poljem reaguje preko svog spina, zaključak je da su se u ovom eksperimentu neutroni nalazili u jednoj grani interferometra, a njihov spin u drugoj. Dakle, u ovom eksperimentu ulogu mačke igrao je neutron, a ulogu njenog osmijeha spin neutrona. Ovakav rezultat je dobijen jer su ekspreimentalci vršili slaba mjerenja, pogodno izabravši početno i krajnje stanje neutronskog snopa.

Ekperiment je veoma značajan jer daje uvid u jedan egzotičan i čisto kvantni fenomen. Efraim Stajnberg sa Univerziteta u Torontu smatra da ovakvi eksperimenti mogu biti značajni u ispitivanju domena važnosti Njutnove teorije gravitacije. Do sada je ispitivanje važenja ove teorije na razdaljinama manjim od jednog milimetra bilo onemogućeno prisustvom mnogo jače elektromagnetne sile, međutim, ako elektromagnetne osobine čestice mogu biti odvojene od same čestice, vrata za dalje proučavanje gravitacinih efekata na malim rastojanjima se otvaraju.

Reference:

DENKMAYR T. et all, Observation of a quantum Cheshire Cat in a matter wave interferometer experiment, preuzeto sa  http://arxiv.org/abs/1312.3775

MOSTKVITCH K. Physicist produce quantum version of Cheshire cat, preuzeto sa http://news.sciencemag.org/physics/2014/01/physicists-produce-quantum-version-cheshire-cat

1  Luis Kerol, Alisa u zemlji čuda u prevodu Luke Semenovića (pdf preuzet sa klubcitalaca.wordpress.com)

2 Ilustracija iz originalnog rada, autor  Leon Filter

Priredio Pronin kolegijum za fiziku

http://naucnenovosti.me/wp-content/uploads/2014/02/macka.jpghttp://naucnenovosti.me/wp-content/uploads/2014/02/macka-150x150.jpgadminFizikaČeširska mačka,Još jedna kvantna mačka,Efraim Stajnberg,Njutnova teorije gravitacije'Pa dobro', reče Mačka. I ovoga puta je nestajala polagano. Počela je od vrha repa i završila smiješkom, i on je ostao za neko vrijeme na grani i kad joj je sve ostalo iščezlo. 'Eh, često sam viđala mačku bez smiješka, ali smiješak bez mačke! E, nikad u životu...Još jedna kvantna mačka Fizika
Fondacija za promovisanje nauke Prona  Montenegrin Science Promotion Foundation