Вчені створили найважчого "кота Шредінгера", досліджуючи кордони між класичною та квантовою фізикою

Знаменитий мислиннєвий експеримент з "котом Шредінгера" чітко підсумовує складне квантове явище, підкреслюючи, наскільки дивним є цей невидимий світ, описуючи його термінами, які ми можемо візуалізувати. Тепер вчені створили найважчого "кота Шредінгера", досліджуючи межі між квантовою та класичною фізикою.

• Вчені виявили чорну діру, яка мчить крізь космос й залишає за собою слід із зірок

Деталі

Частинки у квантовому масштабі можуть поводитися способами, які не здаються можливими відповідно до нашого повсякденного досвіду. Коротко кажучи, їх поведінка контрінтуїтивна. Наприклад, для частинок цілком нормально існувати в суперпозиції двох станів одночасно або навіть бути в кількох місцях одночасно. Тобто, у квантовому світі, частинка може бути у різних станах та різних місцях одночасно й визначає своє положення лише коли за нею спостерігають. Але в масштабі реального світу такого не відбувається, тому вчені вирішили дізнатися, де саме розташована межа між квантовою та класичною фізикою, коли розташування та поведінка об'єкта є інтуїтивно зрозумілими.

Фізик-теоретик Ервін Шредінгер у 1935 році запропонував мислиннєвий експеримент, щоб пояснити деякі явища квантової механіки. У теоретичному сценарії кішка запечатана в коробці з лічильником Гейгера, молотком, колбою з отрутою та радіоактивним джерелом. Якщо атом у радіоактивному джерелі розпадається, лічильник Гейгера виявляє це та кидає молоток, який розбиває колбу, виділяє отруту та вбиває кота. Однак, відповідно до квантової фізики, радіоактивний атом може існувати в суперпозиції двох станів. Але в розширенні ця суперпозиція також має застосовуватися до всієї системи, тому кіт також живий і мертвий водночас. Лише тоді, коли спостерігач відкриває ящик і заглядає всередину, суперпозиція згортається в той чи інший стан.

Своїм уявним експериментом Шредінгер спочатку намагався висвітлити те, що він вважав абсурдністю квантової механіки, але згодом "кіт Шредінгера" став важливим питанням: у який момент закінчується квантова суперпозиція і реальність "обирає" один варіант?

Щоб допомогти знайти відповідь, вчені з ETH Цюріха створили найважчого на сьогодні "кота Шредінгера" – кристал вагою 16 мікрограмів або приблизно дрібну піщинку. Очевидно, що він набагато менший за кота, але він у кілька мільярдів разів важчий за атом або молекулу, які раніше використовувалися в подібних експериментах. Навіть той, який містив 2000 атомів, був набагато легшим.

Звичайно, питання тут не в тому, живий кристал чи мертвий, а в тому, осцилює (коливається) він "вгору" чи "вниз". Подібно до кота, стан кристала пов’язаний із квантовим тригером – у цьому випадку надпровідним контуром, який генерує електричне поле, яке взаємодіє з іншим електричним полем, створеним коливаннями кристала на матеріалі між ними.

І, безумовно, команда змогла виміряти коливання кристала і виявила, що вони перебувають у суперпозиції обох станів. Це наближає сферу квантової фізики до макромасштабу ближче, ніж будь-коли раніше, що може допомогти вченим краще зрозуміти, де пролягає межа. Провідний автор дослідження Івен Чу зазначив:

Це цікаво, тому що це дозволить нам краще зрозуміти причину зникнення квантових ефектів у макроскопічному світі справжніх котів.

Проведений експеримент має не лише теоретичну користь. Команда заявляє, що ці кристали можуть стати більш надійними квантовими комп’ютерами або потенційно майбутніми детекторами темної матерії та гравітаційних хвиль.

Раніше вчені розповіли про незвичайну властивість чорних дір. Виявляється, що чорні діри здатні не тільки поглинати речовину, що їх оточує. Ці космічні об'єкти можуть "вибухати".