Используя единственный атом, физики подтвердили фундаментальный закон квантового мира: невозможно одновременно измерить и волновые, и корпускулярные свойства частицы
Команда китайских физиков под руководством Пань Цзяньвэя провела изящный эксперимент, который можно назвать реализацией знаменитого мысленного опыта Альберта Эйнштейна. Исследование подтвердило ключевой принцип квантовой механики — принцип дополнительности Нильса Бора. Результаты опубликованы в авторитетном журнале Physical Review Letters.
В чём суть противоречия и эксперимента?
Классический эксперимент с двумя щелями демонстрирует двойственную природу света: фотоны, проходя поодиночке, ведут себя как частицы, но на экране создают интерференционную картину, присущую волнам. Эйнштейн задавался вопросом: можно ли усовершенствовать опыт, чтобы отследить путь каждой частицы и при этом увидеть интерференцию?
Китайские учёные реализовали эту идею. Они создали интерферометр, в котором роль «датчика», фиксирующего путь фотона, сыграл единственный атом рубидия. Атом был охлаждён до сверхнизких температур и помещён в лазерный пучок.
Как это работало и что доказало?
-
Если атом удерживался слабо, он сдвигался под импульсом пролетающего фотона, «выдавая» информацию о его траектории. Однако в этом случае интерференционная картина на экране полностью исчезала.
-
Если атом удерживался сильно, его смещение было ничтожным, траектория фотона оставалась неизвестной — и интерференция чётко проявлялась.
Таким образом, опыт наглядно показал: получить информацию о пути частицы (её «корпускулярности») и одновременно наблюдать волновую интерференцию невозможно. Это и есть суть принципа дополнительности Бора.
Значение для науки и технологий
Рецензенты высоко оценили чистоту и элегантность эксперимента. Работа не просто подтверждает столетние теоретические выкладки, но и открывает новые возможности. Умение управлять отдельным атомом для изучения взаимодействия с фотонами может быть использовано для исследования процессов декогеренции (потери квантовых свойств) и создания запутанных состояний. Это прямой путь к разработке более точных квантовых сенсоров и устойчивых кубитов для квантовых компьютеров.