Как капли масла могут изменить наше понимание квантового мира

Ученые из MIT, включая Джона Буша и Валери Фрумкина, а также теоретического физика Матье Лабусса, провели эксперимент , демонстрирующий, как поведение капель в классическом мире может имитировать статистические свойства квантовых частиц, в частности фотонов. Этот эксперимент вдохновлен квантовым тестом на бомбу (квантовые бомбы Элицура-Вайдмана) и направлен на сближение классического и квантового миров.

Квантовый тест на бомбу — это мысленный эксперимент в квантовой механике, предложенный физиком Элитцуром и Вайдманом, который иллюстрирует волновые свойства квантовых частиц. В этом эксперименте рассматривается гипотетическая ситуация, в которой можно определить наличие бомбы, способной взорваться при взаимодействии с фотоном, без непосредственного взаимодействия с ней. Это достигается за счет использования квантовой суперпозиции и интерференции, позволяя фотону проходить через систему таким образом, что его поведение может указывать на присутствие бомбы, не активируя её. Эксперимент подчеркивает неинтуитивные аспекты квантовой механики, такие как принцип неопределенности и волновые свойства частиц.

Основные Моменты Эксперимента:

• Имитация квантового теста на бомбу: Исследователи воспроизвели принципы квантового теста на бомбу, где поведение фотона использовалось для обнаружения бомбы без прямого взаимодействия с ней.

• Наблюдение за каплями: В ходе эксперимента ученые наблюдали за взаимодействием капель и их волн, что напоминало поведение фотонов, обладающих как волновыми, так и частицеподобными свойствами.

• Статистическое сходство: Капли в эксперименте вели себя аналогично фотонам в квантовом тесте на бомбу, обнаруживая предполагаемую бомбу без физического контакта в 25% случаев.
  

Значение Исследования:

Это исследование рассматривается как мост между наблюдаемым классическим миром и неопределенным квантовым царством. Джон Буш, один из авторов исследования, отметил, что классическая система показала статистику, схожую с квантовым тестом на бомбу, что ранее считалось чудом квантового мира.

Детали Эксперимента:

В эксперименте использовалась структура, похожая на ромбовидные коридоры из концепции квантового теста на бомбу, погруженная в ванну с силиконовым маслом. Маленькие капли масла были введены в ванну, и их пути тщательно отслеживались. Кроме того, в одну сторону ромба был введен объект, похожий на бомбу, и исследователи наблюдали за изменениями в поведении капель и их волновых узоров в ответ на это.

Выводы Исследования:

Валери Фрумкин, соавтор исследования, подчеркнул, что не только статистика совпадает, но и динамика, которая ранее была загадкой. Матье Лабусс, теоретический физик из ESPCI Paris, добавил, что это единственный известный пример не квантовой системы, демонстрирующей сильные волновые и частицеподобные свойства.

Это открытие позволяет лучше понять границу между спецификой квантовых систем и классическим миром, сдвигая эту границу значительно дальше.