Один из величайших парадоксов квантовой физики, возможно, потерял свое главное объяснение

Это один из самых странных постулатов квантовой теории: частица может находиться сразу в двух местах, но мы видим ее только здесь или там.

В учебниках говорится, что наблюдая за частицей, она "разрушается" так, что появляется случайным образом только в одном из двух ее мест. Но физики спорят, почему это происходит, если это действительно так. Сейчас один из самых правдоподобных механизмов квантового коллапса - гравитация - потерпел неудачу.

Механизм квантового коллапса

Гипотеза гравитации прослеживает ее происхождение от венгерских физиков Каролихази Фригиеса в 1960-х годах и Лайоша Диоси в 1980-х годах. Основная идея заключается в том, что гравитационное поле любого объекта стоит вне квантовой теории. Оно сопротивляется помещению в неудобные комбинации, или "суперпозиции", разных состояний. Таким образом, если частица должна быть и здесь, и там, то гравитационное поле пытается сделать то же самое - но поле не может долго терпеть напряжение, оно рушится и уносит частицу с собой.

Подписывайтесь на наш youtube канал!

Известный математик Оксфордского университета Роджер Пенроуз выступил в поддержку этой гипотезы в конце 1980-х годов, потому что, по его словам, она устраняет антропоцентрическое представление о том, что само измерение каким-то образом приводит к коллапсу. "Это происходит в физике, и не потому, что кто-то приходит и смотрит на это".

Тем не менее, гипотеза казалась невозможной для исследования с помощью любой реалистичной технологии, отмечает Диуси, соавтор на новой работе в Исследовательском центре Wigner. "В течение 30 лет меня всегда критиковали в моей стране, что я спекулировал на чем-то совершенно неоспоримом".

Новые методы теперь делают это выполнимым. В новом исследовании Диуси и другие ученые искали один из многих способов, будь то гравитация или какой-то другой механизм, раскрыть квантовый коллапс: Частица, которая разрушается, будет вращаться случайным образом, нагревая систему, частью которой она является. "Это как если бы вы дали пинка частице", - говорит соавтор Сандро Донади из Франкфуртского института перспективных исследований.

Если частица заряжена, она будет излучать фотон радиации, пока она размахивает. И несколько частиц, подверженных одному и тому же гравитационному крену, будут испускать излучение в унисон. "У вас есть усиленный эффект", - говорит соавтор Кэтэлина Курчану из Национального института ядерной физики в Риме.

Для проверки этой идеи исследователи построили детектор из кристалла германия размером с чашку кофе. Они искали избыточные рентгеновские и гамма-излучения протонов в ядрах германия, которые создают электрические импульсы в материале. Ученые выбрали эту часть спектра для максимального усиления. Затем они обернули кристалл свинцом и поместили его на 1,4 километра под землю в Национальной лаборатории Гран Сассо в центральной Италии для защиты от других источников излучения. За 2 месяца в 2014 и 2015 годах они увидели 576 фотонов, что близко к 506 ожидаемым от естественной радиоактивности, о чем они сообщают сегодня в журнале "Nature Physics".

Для сравнения, модель Пенроуза предсказала 70 000 таких фотонов. "Вы должны увидеть эффект коллапса в германиевом эксперименте, но мы этого не видим", - говорит Курчану. Это говорит о том, что гравитация, на самом деле, не вытряхивает частицы из их квантовых суперпозиций. (Эксперимент также сдерживал, хотя и не исключал, механизмы коллапса, не связанные с гравитацией).

Чтобы подтвердить результат, физикам необходимо проектировать эти суперпозиции непосредственно, а не полагаться на случайные природные явления, говорит Иветта Фуэнтес из Саутгемптонского университета: "В принципе, вы должны уметь делать суперпозиции из массивных частиц. Так давайте сделаем это". Она говорит, что ее команда работает над созданием облаков из 100 миллионов атомов натрия при температуре чуть выше абсолютного нуля.

Несмотря на то, что Пенроуз хвалит новую работу, он считает, что на самом деле невозможно протестировать его версию модели. Он говорит, что ему никогда не нравились колебания частиц, потому что они могут привести к тому, что Вселенная получит или потеряет энергию, нарушая основной принцип физики. Он провел карантин пандемии, создав новую и улучшенную модель. "Она не производит ни нагревания, ни излучения", - говорит он. В этом случае гравитация может вызвать коллапс, но скрывает свои следы.

Другие факторы, такие как взаимодействие между германиевыми протонами и электронами, также могут скрывать сигнал, говорит физик-теоретик Маанели Дерахшани из Университета Ратгерса, Нью Брансвик. В целом, по его словам, если гравитация действительно вызывает коллапс, процесс должен быть более сложным, чем Пенроуз первоначально предложил. "Можно с полным основанием утверждать, что... сок не стоит того, чтобы его выжимать". опубликовано econet.ru по материалам sciencemag.org

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet