Физици направиха вариант на известния от 200 години експеримент с двойния процеп, който за първи път включва "екзотично оплетени траектории" на фотони.
Фотоните преминават първо през единия процеп, правят примка около него и излизат обратно през друг процеп, понякога се опитата отново и излизат напред през третия процеп, разказва phys.org.
Екипът физици, водена от Омар Маранья Лоейфа (Omar S. Magaña-Loaiza) и Израел Де Леон (Israel De Leon), публикуваха резултатите от новия експеримент в последния брой на Nature Communications.
Интересното е, че приносът на тези оплетени траектории към общата интерференчна картина води до очевидно отклонение от обичайната форма на принципа на суперпозицията*. Това очевидно отклонение може да се разбира като неправилно прилагане на принципа на суперпозиция, но ако се отчете приноса и на оплетените, и на правите траектории, суперпозицията може да се приложи коректно.
*Принцип на суперпозицията: Всеки елемент от вълновия фронт може да се разглежда като център на вторично трептене, пораждащо вторични сферични вълни, а полученото светлинно поле във всяка точка от пространството ще се определя от наслагването (суперпозицията) на твзи вълни. Принципът на суперпозицията е един от най-общите закони във физиката. Най-просто формулирано гласи: Резултатът от въздействието на няколко сили е сумата от тях.
 Илюстрация: wikipedia |
Светлинна плетка
"Нашата работа е първото експериментално наблюдение на оплетени траектории", заяви Де Леон. "Оплетените траектории са изключително трудни за откриване, поради ниската им вероятност за поява. Преди това учените предполагаха, че биха могли да съществуват тези екзотични траектории, но не успяха да ги наблюдават".
За да се увеличи вероятността от настъпването на оплетени траектории, изследователите използват структура с три процепа, който поддържа повърхностни плазмони*, които учените описват като "силно ограничени електромагнитни полета, които могат да съществуват на повърхността на металите". Наличието на тези електромагнитни полета в близост до трите процепа увеличава приноса на оплетените траектории към общата интерференчна картина с почти два порядъка.
*Плазмон е квазичастица, отговаряща на квантуването на плазмените колебания (осцилации), които представляват колективни колебания на свободния електронен газ.
"Ние осигурихме физическо обяснение, което свързва вероятността от тези екзотични траектории в близките полета около процепите", обясни де Леон.
Принцип на суперпозицията с отчитане на оплетените траектории
Новият експеримент с троен процеп с оплетени траектории е само един от многото варианти на оригиналния експеримент с двоен процеп, първо извършен от Томас Юнг през 1801. Оттогава учените го изследват в различни версии, като използват електрони, атоми или молекули, вместо фотони.
Една от причините, поради които експериментът с двойния процеп привлича толкова много внимание е, че той представлява физическо проявление на принципа на квантовата суперпозиция. Наблюдението, че отделните частици могат да създадат интерференчна картина означава, че частиците трябва да преминават и през двата процепа по едно и също време. Тази способност да заемат две места или две състояние едновременно е определяща черта на квантовата суперпозиция.
Правите траектории (зелените) и екзотичните оплетени траектории (червени, пунктирни, точкови) на светлината, а червеният облак близо до повърхността изобразява мястото, където се увеличава вероятността фотоните да следват оплетени траектории. Графиките долу показват симулациите (вляво) и експерименталните резултати (вдясно) на голямата разлика в интерференчните картини, създадени от светлината - от само един процеп (сива линия) и реалната интерференчна картина (синя линия). Забележителната разлика между сивите и сините линии се дължи на оплетените траектории. Илюстрация: Magana-Loaiza/Nature Communications
Досега всички предишни версии на експеримента са давали резултати, които се описват точно от принципа на суперпозиция. Това е така, защото оплетените траектории са толкова редки при нормални условия, че техният принос към цялостния модел на интерференция обикновено е незначителен.
Когато приносът на оплетените траектории става не толкова незначителен, става ясно, че общата интерференчна картина не е просто суперпозиция на отделните вълнови функции на фотоните с прави траектории и се оказва, че моделът на интерференция не е правилно описан от обичайната форма на принципа на суперпозиция.
"Смятаме, че екзотичните оплетени траектории могат да имат важно значение в изучаването на механизмите на декохерентността в интерферометрията или за увеличаване на сложността на някои протоколи за случайни квантови траектории, квантови симулатори и други алгоритми, използвани в квантовите изчислениа", заяви де Леон.
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари