1対の遠い原子で量子統計を明らかにする

Edwin Kaal: The Proton-Electron Atom — A Proposal for a Structured Atomic Model | EU2017 (六月 2019).

Anonim

国際的な研究者チームは、原子やイオンをそれらの位置を交換することによって区別できないようにする新しい方法を提案している。 これらの粒子は、外来性を示すと予想される。 この研究には、ボン大学、オーストリア科学アカデミー、カリフォルニア大学の物理学者が参加しました。 この作品は、 Physical Review Lettersに 掲載されました。

想像してみてください。 "Find the Lady"のゲームをプレイしているとします。実際、そのシンプルなバージョンです:仲間は堅い詐欺師ではなく、徹底的に正直な女性です。 彼女の前にあるテーブルには、3つではなく、2つのカップしかありません。 これらは黒いプラスチックで作られていて、あなたと同じように見えるように見えます - あなたは他のものと区別できません。

ディーラーは両方のカップを前後に動かします。 彼女の動きはとても速くて器用です。 それにもかかわらず、少し集中して、あなたは彼女の動きに従うことができます。 最後に、最初に左にあったカップと右にあったカップを正確に示すことができます。

しかし、カップが動いているときに目を閉じてしまうとどうなりますか? この場合、あなたは推測することしかできません。 結局のところ、あなたには、両方のカップは完全に同じに見えます。 もちろん、彼らは実際にそうではありません - カップ1は、カップ2の場所をどれほど頻繁に変えても、カップ1のままです。

しかし、最小のものの世界では、アイデンティティのことがはっきりしない実験を行うことができます。 ボン大学の応用物理学研究所(IAP)の物理学者は、オーストリアと米国の同僚と一緒に、量子世界の "Find the Lady"などのゲームをプレイしています。

同時に異なる場所で

量子世界では、カップは正確に同じ原子状態にある2つの原子で置き換えられます。 IAPのDieter Meschede教授は、次のように述べています。「そのような原子は、最先端の技術を用いて特殊な実験室で生産することができます。 "彼らは実際には完全に同じであり、彼らが位置している位置によってのみ異なる。"

アトムの世界で "Find the Lady"を演奏するときには、余分な自由があります。 例えば、研究者は、粒子が同時に2つの異なる場所に存在する可能性のある量子力学的現象に注目することができる。 この現象を巧みに使うことで、原子1と2はある程度の運があれば誰も気付かずに場所を入れ替えることができます。

言い換えれば、量子操作の終わりに、観察者は、原子1が実際に原子1であるか原子2と交換されたのかを、原則として言うことができない。標準的なカップについては、微視的に小さな凹みのような小さな違いを使って確実に区別することは可能です。 これは、同じように準備された原子の場合ではない。 彼らはまったく同じです。 「実験の終わりには、2つの原子のうち1つが番号2、2がどちらであるかを特定することができなくなりました」とIAPのAndrea Alberti博士は説明します。

これにも哲学的意味がある。 ドイツの哲学者ゴットフリート・ヴィルヘルム・ライプニツ(Gottfried Wilhelm Leibniz、1646-1716)は、両者の間に差異が認められない場合、2つの対象が同一であると主張している。 ライプニッツの論理に従えば、切り換えられた原子は個性の一部を失っているにちがいない。それらは2つであるが、何とか1つである。

驚くべきことに、それらの両方は、場所を入れ替えた後もお互いに「つながっている」:両方の粒子の特定の性質、例えば原子の回転方向は両方の粒子に依存する。 原子1のスピンの向きを観察すると、直接観察しなくても、スピンの向きがすぐにわかります。 Andrea Albertiは次のように述べています。「お互いに独立して2本のコインを投げているかのようです。 「1つのコインが頭を見せたら、これは他のコインにも当てはまるはずだ」 物理学者は「エンタングルメント」を語る。

IAPの研究者は現在、理論的な提案を実践することに取り組んでいます。 オーストリア科学アカデミーのInnsbruckにあるQuantum Optics and Quantum Informationの研究所の同僚が望むルートのような、イオンのような他の粒子との改変した形で実験を行うこともできます。 「我々は、正確に2つの量子粒子を制御するこれらの研究から、基本的な量子力学的交換原理に関する新しい知見が期待されている」とAlberti氏は期待している。

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