作者:克里夫·埃默里 来源:《物理评论X》 发布时间:2015/1/27 14:55:15
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科学家间接测量到铯原子量子叠加态

 

点球能在同一时间既进球得分又错失球门吗?对于非常小的物体,这是可能的。据物理学家组织网1月21日(北京时间)报道,德国伯恩大学的物理学家设计了一个实验,首次实验结果就证明了铯原子确实在同一时间采取了两条路径。

大约100年前,物理学家沃纳·海森堡创建了一个新的物理学领域——量子力学,根据量子理论,量子世界的物体不再沿着明确的路径移动,取而代之的是,它们可以采用不同的路径同时到达终点,科学家称之为量子叠加态。原子确实看起来遵循量子力学规律运动。

多年过去了,很多实验已经证实了量子力学的预测。但是,在宏观日常生活经验中,足球沿着精确的路线飞行,却从来不会发生同时得分和失分的情形。

为什么大的物体不会发生微观物体能产生的叠加态呢?

“有两种不同的解释。”伯恩大学应用物理研究所安德里亚·阿尔贝蒂博士说,“量子力学允许大的宏观物体产生叠加态,但是这种叠加态非常脆弱,即使只用眼睛追随足球就足以破坏叠加态,然后让它按照确定轨迹前进。”但也可能那些足球遵循了完全不同的规则。他说:“宏观现实理论的解释认为,足球总是沿着特定轨迹前进,独立于我们的观察,而且这与原子运动规律完全相反。”

上述两种解释哪种是正确的?大的物体跟小物体运动方式不同吗?

伯恩大学团队与英国赫尔大学克里夫·埃默里博士合作设计出的一个实验方案或许能解决这个问题。阿尔贝蒂说:“最大的挑战在于制定一个能颠覆宏观现实理论的测量原子位置的方法。”

物理学家们在《物理评论X》上描述了他们的研究成果,他们用两个光学小镊子能够抓住一个单独的铯原子,并将它向两个方向拉。在宏观现实理论中,这个原子最终会到达其中一个方向。量子力学观点则认为,这个原子能在两个位置上保持稳定性叠加态。

观察结果排除了铯原子遵照宏观现实理论的可能性。相反,伯恩团队的实验结果与叠加态理论解释很契合,研究人员说:“我们现在用最温柔的间接测量方法来确定了原子的最终位置。”但是当非直接的测量发生时,叠加态又被破坏了。现在能做的,就是接受原子确实同时采取了不同路径的事实。

阿尔贝蒂提示说:“现在还不能证明量子力学也适用于大物体。下一步会将铯原子的两个位置分开数毫米,如果在接下来的实验中还找到叠加态,那么宏观现实理论将再次遭受打击。”(来源:科技日报 房琳琳)

 
 
 
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