В квантовата област свойствата на една частица могат да бъдат отделени от самата частица, включително нейният ъглов момент - което може да наложи преосмисляне на фундаментални закони.
Квантовата реалност става все по-странна. Ъгловият момент на частица - нейното въртене (спин) около ос или около точка - може да може да се премести само по себе си, отделно от частицата. Това откритие може да наложи преосмисляне на някои от най-фундаменталните закони на физиката.
Якир Ахаронов (Yakir Aharonov) от Университета в Тел Авив, Израел, го оприличава на начина, по който Чеширският котарак от "Алиса в страната на чудесата" може да движи тялото си на едно място, докато усмивката му остава другаде.
"И ето, че сега показахме, че физиката наистина реализира тази възможност", обяснява Ахаронов.
Този квантов ефект на Чеширския котарак е бил потвърждаван и преди. През 2014 г. експеримент за първи път показа, че спинът на неутрон може да се отделя от самия неутрон. Последваха подобни открития, които потвърдиха мнението на Ахаронов, че квантовата сфера е своеобразна Страна на чудесата. Сега екипът на Ахаронов се е насочил към по-широко изследване на ъгловия момент в квантов мащаб.
Ъгловият момент на даден обект зависи от неговата маса, скорост и размер и традиционно се смята, че следва законите за запазване: той никога не може да бъде създаден или унищожен, а само преразпределен. За да може ъгловият момент да се премести някъде, трябва да има материален носител. Сега обаче изглежда, че това не винаги е така.
Изследователите си представят сценарий, при който частица с ъглов импулс се намира в левия край на дълга кутия, която има отразяваща стена в средата. Частицата отскача около лявата половина на кутията, но в редки случаи може да премине през стената чрез квантово тунелиране. Те изчисляват как ще се променят свойствата на частица, започваща отляво и движеща се надясно, след продължително време.
Оказало се, че дори когато е изключително малко вероятно частицата да напусне левия край на кутията - например, когато е много масивна - нейният ъглов момент все пак може да се промени. Законът за запазване на ъгловия момент предполага, че това трябва да се обясни с равностойна и противоположна промяна, пренесена от частицата на друго място. Но екипът установява, че въпреки че частицата никога не е била в контакт с десния ръб на кутията, нейният момент на движение се оказва именно там.
Проверката за признаци на възможен контакт между двете страни, като например прехвърляне на скорост от частицата към стената, оставя изследователите без резултат. Те заключават, че ъгловият момент е достигнал до стената, без да бъде пренесен от нищо.
"Неочаквано се появи ситуация, в която една запазваща се величина, която означава повече от някакво произволно свойство на частицата, може да се отдели от частиците, на които принадлежи, и да се премести от едно място на друго без никаква материална основа", обяснява съавторът Санду Попеску (Sandu Popescu) от Бристолския университет, Великобритания.
Попеску смята, че това има важни последици за законите за запазване, които са в основата на физиката. Той отбелязва, че изучаването им в квантовата теория не е никак лесно - в този мащаб има фундаментални ограничения за това колко точни могат да бъдат измерванията на свойствата на една частица.
Но дори и без перфектни измервания откритието може да разкрие нещо фундаментално за света.
Ахаронов заявява, че това е сигнал, че има закони на физиката, които се запазват дори когато това, което можем да научим за обектите, е несигурно. Всъщност традиционната представа за частицата като познаваем обект не се съгласува с квантовата теория.
"Сега показахме, че законите за запазване са по-дълбок въпрос от въпроса за частиците", подчертава Ахаронов.
Холгер Хофман (Holger Hofmann) от Университета в Хирошима, Япония, заявява, че идеята, че законите за запазване са по-сложни в квантовата сфера, е убедителна, но е необходим по-подробен и нюансиран анализ на представената от изследователите постановка.
"За този вид изследвания е важно да се разбере, че традиционните идеи за частиците като физически "носители" на информация изобщо не работят в квантовата механика, където понятието "частица" очевидно означава нещо по-неуловимо и по-малко осезаемо", посочва Хофманй.
За да открият ефекта, изследователите използват процес, наречен "последващ селекция", при който заключават какво трябва да се е случило с частицата в миналото въз основа на нейното състояние в по-късен момент. Те твърдят, че валидността на тяхното откритие не зависи от този метод. Аефраим Щайнберг (Aephraim Steinberg) от Университета в Торонто, Канада, уточнява, че някои физици все още възразяват срещу него, въпреки че Ахаронов има обширен труд за това как подобни по-късни действия могат да повлияят на това, което можем да знаем за дадена частица.
"Тези "постселекционни" експерименти често водят до странни нови ефекти и трябва да се обсъждат предпазливо", заявява Щайнберг.
Според него моделът прави достатъчно категорични прогнози, за да бъдат тествани експериментално, въпреки че това вероятно би било технически предизвикателство. Попеску и Ахаронов са уверени, че експерименти с квантова светлина или ултрастудени атоми могат да подложат феномена на изпитание. След като това се случи, ще имаме повече сигурност за това как законите за запазване работят в квантовата страна на чудесата.
Справка: Angular momentum flow without anything carrying it; Phys. Rev. A Yakir Aharonov, Daniel Collins, and Sandu Popescu; https://journals.aps.org/pra/accepted/6c075K67X6a19d0a487f4e3313b0eaed662e03cec н
Източник: New spin on quantum theory forces rethink of a fundamental physics law, New Scientist
Още по темата
Физика
Квантово суперсъстояние може да създаде енергия привидно от нищото
Физика
Квантово ли е пространство-времето? Шест начина за разплитане на тъканта на Вселената
Физика
Квантовият ефект на Чеширския котарак разделя масата на частицата от нейния импулс
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари