Nejtěžší „Schrödingerova kočka“ na světě posouvá kvantové hranice

Slavný myšlenkový experiment Schrödingerovy kočky úhledně shrnuje složitý kvantový jev a zdůrazňuje, jak bizarní je tento neviditelný svět tím, že jej vyjadřuje termíny, které si dokážeme představit. Nyní vědci vytvořili dosud nejtěžší Schrödingerovu kočku, která zkoumá hranice mezi kvantovou a klasickou fyzikou.

Částice na kvantovém měřítku se mohou chovat způsobem, který podle naší každodenní zkušenosti nezní možná. Například je naprosto normální, že částice existují v superpozici dvou stavů najednou nebo jsou dokonce na více místech současně, přičemž ani jeden z nich zde na makroúrovni není možný. Ale proč nemůže máme svůj dort a sníme ho taky? Kde přesně je čára, která odděluje sféru kvantové a klasické fyziky?

Zadejte Schrödingerovu kočku. V teoretickém scénáři je kočka zapečetěna v krabici s Geigerovým počítačem, kladivem, lahví s jedem a radioaktivním zdrojem. Pokud se atom v radioaktivním zdroji rozpadne, Geigerův počítač to zaznamená a upustí kladivo, které rozbije baňku, uvolní jed a zabije kočku. Radioaktivní atom však může existovat v superpozici dvou stavů, podle kvantové fyziky. Ale navíc by tato superpozice měla platit i pro celý systém, takže kočka je také živá a mrtvá zároveň. Superpozice se zhroutí do jednoho nebo druhého stavu pouze tehdy, když pozorovatel otevře krabici a nakoukne dovnitř.

Slavnou kočku poprvé vykouzlil v roce 1935 teoretický fyzik Erwin Schrödinger, původně proto, aby upozornil na to, co viděl jako absurdity kvantové mechaniky, ale z čehož se nakonec stala základní otázka: v jakém bodě kvantová superpozice končí a realita si „vybere“ jednu možnost. nebo jiný?

Aby pomohli najít odpověď, vědci z ETH Zurich nyní vytvořili dosud nejtěžší „Schrödingerovu kočku“ – krystal o hmotnosti 16 mikrogramů, tedy přibližně jako jemné zrnko písku. To je zjevně stále mnohem menší než kočka, ale je to několik miliardkrát těžší než atom nebo molekula, které byly dříve použity v těchto typech experimentů. Dokonce i ten, který zahrnoval 2000 atomů, byl stále mnohem lehčí.

Otázkou samozřejmě není, zda je krystal živý nebo mrtvý, ale zda osciluje „nahoru“ nebo „dolů“. Stejně jako u kočky je stav krystalu spojen s kvantovým spouštěčem – v tomto případě se supravodivým obvodem, který generuje elektrické pole, které interaguje s dalším elektrickým polem vytvořeným oscilacemi krystalu na materiálu mezi nimi.

Yiwen Chu/ETH Curych

A skutečně, tým byl schopen změřit oscilace krystalu a zjistil, že se usadily v superpozici obou stavů. To přibližuje oblast kvantové fyziky blíže makro měřítku než kdykoli předtím, což by mohlo vědcům pomoci lépe zjistit, kde leží čára.

„Je to zajímavé, protože nám to umožní lépe porozumět příčině mizení kvantových efektů v makroskopickém světě skutečných koček,“ řekl Yiwen Chu, vedoucí výzkumník studie.

Není to ani teoretické. Tým říká, že krystaly by mohly sloužit pro robustnější kvantové počítače nebo potenciálně budoucí detektory temné hmoty a gravitačních vln.

Výzkum byl publikován v časopise Věda.

Zdroj: ETH Zurich