การทดลอง Quantum Cheshire Cat แยกอนุภาคออกจากคุณสมบัติของพวกมัน

กลศาสตร์ควอนตัมมาถึงระดับความแปลกประหลาดของอลิซในแดนมหัศจรรย์ แล้วการทดลองติดตามอนุภาคย่อยของอะตอมที่เคลื่อนผ่านทางแยกบนถนนดูเหมือนจะเปิดเผยว่าอนุภาคไปทางหนึ่งในขณะที่คุณสมบัติที่แท้จริงอย่างหนึ่งของพวกมันคือการหมุนของพวกมัน แม้ว่าผลลัพธ์จะขัดแย้งกับสัญชาตญาณ แต่ก็เห็นด้วยกับคำทำนายที่มีอายุหลายสิบปี ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า quantum Cheshire Cat ตามชื่อ แมว อลิซที่มีรอยยิ้มซุกซนอย่างอธิบายไม่ถูกหลังจากที่ร่างของมันหายไป

“โดยพื้นฐานแล้วคุณสามารถแยกคุณสมบัติของอนุภาคออกจากตัวอนุภาคได้” 

Jeff Tollaksen นักฟิสิกส์ควอนตัมที่ Chapman University ในออเรนจ์ รัฐแคลิฟอร์เนีย และผู้เขียนร่วมของการศึกษา Cheshire Catกล่าว ซึ่งปรากฏในNature Communications ในวัน ที่ 29 กรกฎาคม แม้ว่าผลลัพธ์จะขัดกับคำอธิบายในตอนนี้ แต่อาจนำไปสู่ความเข้าใจโลกควอนตัมได้ดีขึ้น รวมทั้งการปรับปรุงคุณสมบัติที่ละเอียดอ่อนที่สุดของอนุภาคในการวัด

นักฟิสิกส์คนใดก็ตามที่พยายามถอดรหัสกลศาสตร์ควอนตัมต้องรับมือกับการซ้อนทับกัน ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่นิวตรอนหรืออนุภาคอื่นๆ ใช้เส้นทางหลายเส้นทางพร้อมกัน โดยมีความเป็นไปได้ที่จะเกิดขึ้นในแต่ละเส้นทางในช่วงเวลาที่กำหนด นักฟิสิกส์สามารถใช้เครื่องมือในการหาตำแหน่งนิวตรอนได้ แต่การวัดจะทำลายการทับซ้อน ขณะนี้นิวตรอนอยู่ในเส้นทางเดียวแน่นอน และไม่มีทางรู้ได้เลยว่ามันจะหายไปไหนหากปล่อยทิ้งไว้โดยไม่มีใครรบกวน

ในปี 1988 นักฟิสิกส์ Yakir Aharonov ซึ่งปัจจุบันอยู่ที่มหาวิทยาลัย Chapman 

และ Tel Aviv ในอิสราเอล และเพื่อนร่วมงานได้เสนอวิธีที่จะแอบดูเบื้องหลังม่านซ้อน พวกเขาเสนอให้ยิงอนุภาคไปที่เครื่องตรวจจับ แต่วางเครื่องมืออื่นตามเส้นทางของอนุภาค เครื่องมือนั้นจะทำให้สิ่งที่เรียกว่าการวัดที่อ่อนแอ ซึ่งเป็นการประมาณคร่าวๆ ของคุณสมบัติที่แทบไม่รบกวนอนุภาค

การวัดที่อ่อนแอดังกล่าวสามารถทำได้โดยเครื่องมือที่เปิดเผยอนุภาคต่อผลกระทบที่ละเอียดอ่อน เช่น สนามแม่เหล็กที่อ่อน การวัดอนุภาคเดี่ยวทีละน้อยไม่มีประโยชน์เพราะไม่แม่นยำ แต่ด้วยการทำซ้ำการวัดอนุภาคหลายพันหรือล้านอนุภาค นักฟิสิกส์จะได้เรียนรู้บางอย่างเกี่ยวกับพฤติกรรมโดยเฉลี่ยของอนุภาคระหว่างทาง

นั่นคือเทคนิคของนักฟิสิกส์ควอนตัมแห่งมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีเวียนนา Yuji Hasegawa และทีมของเขาเคยค้นหา Cheshire Cat ควอนตัม การแยกตัวของอนุภาคและคุณสมบัติที่ Aharonov และ Tollaksen ตั้งสมมติฐานไว้ในปี 2544

นักวิจัยได้นำลำแสงนิวตรอนที่ปล่อยออกมาจากเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่ Institut Laue-Langevin ในเมือง Grenoble ประเทศฝรั่งเศส ให้เป็นคริสตัล ซึ่งแบ่งลำแสงออกเป็นสองส่วน ทีมงานจัดการลำแสงเพื่อให้นิวตรอนทั้งหมดในลำแสงบนมีสปินเฉพาะ (เช่น +½) และนิวตรอนในลำแสงล่างมีสปินตรงกันข้าม (-½) ลำแสงถูกรวมเข้าด้วยกันในที่สุด และเครื่องตรวจจับที่ส่วนท้ายของผลึกนับเฉพาะนิวตรอนที่มี +½ หมุน สัญชาตญาณบ่งชี้ว่านิวตรอนที่ตรวจพบควรเดินทางผ่านลำแสงบน และการปรับแต่งด้วยลำแสงล่างจะไม่ส่งผลต่อการวัดของเครื่องตรวจจับ

เพื่อตรวจสอบว่าสัญชาตญาณผิดหรือไม่ นักวิจัยได้ทำการวัดที่อ่อนแอก่อนที่อนุภาคจะไปถึงเครื่องตรวจจับ ขั้นแรก นักวิจัยได้วางแผ่นโลหะดูดซับนิวตรอนเข้าไปในเส้นทางของลำแสงแต่ละลำ ทีละลำ ตามที่คาดไว้ เมื่อจานอยู่ในเส้นทางด้านล่าง มันไม่มีผลต่อการนับอนุภาคที่เครื่องตรวจจับ แต่เพลตลดจำนวนนิวตรอนเมื่อวางไว้บนเส้นทางด้านบน

จากนั้นนักวิจัยได้เปิดเผยลำแสงแต่ละลำกับสนามแม่เหล็กที่มีพลังมากพอที่จะเปลี่ยนการหมุนของอนุภาค อาจมีคนคาดหวังว่า เช่นเดียวกับจานนี้ สนามจะทำให้การอ่านค่าของเครื่องตรวจจับยุ่งเหยิงก็ต่อเมื่อโยนบนลำแสงด้านบน ซึ่งนิวตรอนทั้งหมด (และน่าจะเป็นการหมุนของพวกมัน) กำลังเดินทาง ทว่าสิ่งที่ตรงกันข้ามเกิดขึ้น: สนามมีผลกระทบเฉพาะเมื่อสัมผัสกับลำแสงล่างซึ่งบ่งบอกว่านิวตรอนหรืออย่างน้อยก็หมุนได้กำลังใช้ทางสัญจรนั้น

นักวิจัยสรุปว่านิวตรอนที่ตรวจพบได้ผ่านเฉพาะเส้นทางบน แต่สปินของพวกมันลัดเลาะไปตามทางด้านล่างเท่านั้น ใน แง่ อลิซแมวเดินบนเส้นทางและรอยยิ้มของมันก็ลดลง

“เป็นการสาธิตที่สวยงามมาก” Aephraim Steinberg นักฟิสิกส์ควอนตัมจากมหาวิทยาลัยโตรอนโตซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในการศึกษากล่าว อย่างไรก็ตาม เขาตั้งข้อสังเกตว่าการศึกษาไม่ได้พิสูจน์ว่านิวตรอนตัวใดตัวหนึ่งใช้เส้นทางที่ต่างไปจากการหมุนของนิวตรอน มันแสดงให้เห็นเพียงว่านิวตรอนที่วัดได้มีพฤติกรรมเช่นนี้โดยเฉลี่ย Steinberg มองโลกในแง่ดีว่าการทดลองนี้และการทดลองอื่นๆ ที่ใช้การวัดแบบอ่อนจะให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับพฤติกรรมควอนตัมของอนุภาค แต่เขาก็ยังไม่แน่ใจว่าข้อมูลเชิงลึกเหล่านั้นคืออะไร

Credit : nwawriters.org cfoexcellenceawards.com minghui2000.org iowawildliferehabilitators.org kosdarts.org stlouisbluesofficialonlines.com thisstrangefruit.com orlandovistanaresort.com

Tags: UFABET