Основопоставящ постулат на квантовата физика е директно потвърден чрез експеримент за първи път. Формулиран от Ричард Файнман преди близо 80 години, той отдавна е гръбнакът на голяма част от съвременната физика.
Квантовите частици са известни с това, че са трудни за анализ, тъй като взаимодействието с тях влияе върху свойствата им.
Знаем, че не можем да наблюдаваме квантови частици, без да загубим свойствата им, така че трябва да се прибегне до трикове - мощни математически инструменти, които предсказват поведението на частицата при определени условия. Един такъв инструмент е "интегралът по траекториите" на Файнман. Според тази концепция, най-вероятният път на квантова частица между две точки може да се изчисли чрез сумиране на всички възможни траектории между тези точки по специален начин.
От въвеждането си през 1948 г., интегралът на Файнман е намерил своето място в учебниците и сега е безценен за много учени, включително физици, които изучават частици.
Учени от Южнокитайския педагогически университет го подлагат на първа директна експериментална проверка, а резултатите са публикувани в Science Advances.
В експеримента си изследователите измерват пропагатора - функция, описваща промените в квантовото състояние на фотона, докато той се движи от една точка до друга - в този случай, докато преминава през лабиринт от микроскопични огледала, лещи и кристали. Изследователите преди това се научили да измерват различни свойства на фотоните, като например поляризация, и да реконструират техните пропагатори от тези данни. Сега те разбират, че интегралът по траекториите за конкретен фотон може да бъде изграден чрез измерване на поредицата пропагатори и се умножат помежду си.
За всеки фотон са измерени пет пропагатора. Тъй като броят на възможните траектории, които тези пропагатори биха могли да следват, докато фотонът се движи през лабиринта, е огромен, изследователите в крайна сметка ограничават измерванията си до общо 1 419 857 отделни траектории. Тези траектории са заместени във формулата на интеграла на Файнман , за да определи какво поведение на фотона тя предсказва - и авторите откриват, че предсказанието съответства на това, което фотонът прави наистина.
"Като се има предвид забележителният успех на формулировката на Файнман в продължение на близо 80 години, самият резултат не беше неочакван. Но да се наблюдава в реален експеримент... все пак е впечатляващо. Познатата фраза "сума по всички пътища" вече не е просто символична инструкция от учебника - видяхме нейните последици директно да се проявяват в експериментални данни", разказва професор Шъ-Лян Джу (Shi-Liang Zhu), който ръководи изследването.
Според него експериментът е бил изключително сложен - огромният брой тествани траектории дава възможност да се натрупат грешки и шум, които биха могли да обезсмислят крайния резултат.
"Трябваше да подобрим практически всеки аспект на експерименталната установка едновременно", отбелязва Джу.
Ако бяхме оставили предишният метод непроменен, след умножаване на пропагаторите пет пъти, данните щяха да изглеждат почти напълно произволни, добавя той.
Кредит: Sci. Adv. 12. DOI: 10.1126/sciadv.aeh1011
Постигнатата експериментална прецизност сама по себе си е значителен научен напредък, потвърждава професор Йорг Гьоте (Jörg Goethe) от Университета в Глазгоу. Тъй като траекторията на фотона не може да бъде директно проследена, този експеримент демонстрира високотехнологични методи за квантово измерване и контрол - и доказва, че основите на квантовата физика са точно такива, с които всички се съобразяват.
Ако резултатите от измерванията се бяха оказали различни (което би било огромна изненада), би се сринала цялата концепция за изчисления чрез интеграли по траекториии, заключава физикът.
Новият експеримент отваря пътя към по-сложни тестове на интеграла по траектории - например, към директно измерване на пътищата на фотоните през материали, различни от въздух, смята Джу.
"Надяваме се, че изследователи от различни области ще могат да адаптират нашия експериментален подход към собствените си системи", заключава физикът.
Справка: Yong-Li Wen et al., Direct experimental test of Feynman’s path integral postulates with single photons. Sci. Adv. 12 , eaeh1011(2026). DOI: 10.1126/sciadv.aeh1011
Източник: Richard Feynman’s 80-year-old quantum postulate has now been validated, Karmela Padavic-Callaghan, New Scientist
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари
dolivo
Ще спре ли смъртта на момиче китайския възход в генното редактиране
dolivo
Колко бързо става квантовото вплитане? Учени го изследват в атосекунден мащаб
Bai Tanas
Защо бамята е толкова слузеста?
БотоксПутю
В скална формация на Марс е открит органичен въглерод