Quantum Particles Tage Vejen Mest Rejste

{h1}

For første gang har fysikere brugt en ligning til at kortlægge stien, som kvantematerialer sandsynligvis vil tage, når de skifter fra en kvante tilstand til en anden.

For første gang nogensinde har fysikere kortlagt den vej, som partikler sandsynligvis vil tage, når de flytter fra en kvante tilstand til en anden.

I fysikken beskriver et koncept kaldet "mindste handlingens vej" den bane, som et objekt sandsynligvis vil følge, ligner det velkendte koncept for "mindste modstands vej". For eksempel følger en kastet fodbold en parabolisk buet gennem luften i stedet for at spinde i skøre løkker eller zigzags. Det skyldes, at en parabola sti kræver færre "handlinger" end en loop eller zigzag sti.

Fysikere vidste imidlertid ikke, om kvantepartikler, som elektroner, neutrinoer eller fotoner, følger samme regel. Mange af de klassiske fysiske regler synes ikke at gælde for disse små partikler. I stedet styres de af de underlige regler for kvantemekanik, at selv Einstein kaldte "uhyggelig". [Wacky Physics: De fedeste små partikler i naturen]

Kvantepartikler kan eksistere i stater, hvor de er på flere steder på én gang - et fænomen kaldet superposition. En matematisk ligning kaldet en bølgefunktion beskriver de mange mulige steder, hvor en kvantepartikel kan eksistere samtidigt. Men så snart en person forsøger at måle placeringen eller hastigheden af ​​et af disse partikler, falder dens bølgefunktion sammen, og partiklen vil fremstå på kun ét sted, der falder tilbage i henhold til lovene i konventionel fysik.

Dette gør det meget vanskeligt at studere kvantepartikler, fordi de øjeblikkelige forskere begynder at sonde rundt, kollapser partiklernes kvantetilstand. Fysikere har imidlertid udviklet en måde at isolere den klækkende kvanteverden på og på en ikke-invasiv måde; dette giver dem mulighed for at kortlægge den vej, som partikler sandsynligvis vil tage, når de skifter fra en stat til en anden.

"Det er et stort gennembrud i form af at kunne overvåge kvantesystemer," sagde Andrew Jordan, en fysiker ved University of Rochester, der arbejdede på den oprindelige teori, fortalte WordsSideKick.com. "Vi skraber bare overfladen af ​​den slags fysik tilladt her."

Jordan udviklede teorien og bragte ideen til eksperimentelle fysikere ved University of California, Berkeley og Washington University i St. Louis, som hjalp med at designe et eksperiment for at teste det. Kater Murch, en professor i fysik ved Washington University, skitserede mulige stier, som partiklerne kunne tage, og spurgte forskergruppen for at se, hvilken vej de troede, at eksperimentet sandsynligvis ville afsløre.

"Vi er alle eksperter, men ingen er enige," sagde Murch til WordsSideKick.com. "Vi anede ikke, hvordan en kvante tilstand kommer til en anden."

Det superledende kredsløb virker som et kunstigt atom. Enheden skal holdes kun få grader over absolut nul, så varme vil ikke forstyrre mikrobølgerne, som strømmer gennem enheden.

Det superledende kredsløb virker som et kunstigt atom. Enheden skal holdes kun få grader over absolut nul, så varme vil ikke forstyrre mikrobølgerne, som strømmer gennem enheden.

Kredit: Joe Angeles / WUSTL Billeder

Holdet brugte en superledende kvanteanordning, i det væsentlige et kredsløb inde i en kasse lavet af kobber, forklarede Murch. Systemet er modelleret efter et atom. Det har flere kvantenerginiveauer ligesom et atom, og det kaldes undertiden som et "kunstigt atom", sagde Murch.

Forskerne strålede en strøm af mikrobølgepartikler ind i kassen. Disse partikler interagerede med superledende kredsløb og blev derefter reflekteret tilbage. Undervejs sluttede partiklerne i enten en jordtilstand (den laveste energistat) eller en ophidset tilstand (enhver tilstand med et højere energiniveau end jordtilstanden). Der eksisterer et uendeligt antal superpositioner mellem disse to stater, så forskerne gentog eksperimentet 1 million gange for at bestemme den mest forekommende sti.

Resultaterne viste, at partiklerne hyppigst rejser en konveks kurve. Ligningen er enkel, og det er ret nemt at beregne den vej, partiklerne sandsynligvis vil tage, sagde Jordan.

Murch sagde resultaterne af eksperimentet kunne være et skridt i retning af den "hellige gral" af kemi - maksimere effektiviteten af ​​kemiske reaktioner.

"På det mest basale niveau ændrer en kemisk reaktion kvantetilstande fra den ene til den anden," sagde Murch. "At forstå, at ruten kunne hjælpe kemikere med at producere mere effektive kemiske reaktioner."

Forskningen kunne også en dag føre til en måde for fysikere at direkte kontrollere kvantsystemer, sagde Jordan.

Detaljer om eksperimentet blev offentliggjort i juli 31 udgave af tidsskriftet Nature.

Følg Kelly Dickerson på Twitter. Følg os @wordssidekick, Facebook & Google+. Originalartikel på WordsSideKick.com.


Video Supplement: CERN's supercollider | Brian Cox.




Forskning


Kan Du Stege Et Æg På Fortovet?
Kan Du Stege Et Æg På Fortovet?

Er Du Sikker På Lynnedslag, Hvis Du Ikke Har Hørt Torden I 30 Minutter?
Er Du Sikker På Lynnedslag, Hvis Du Ikke Har Hørt Torden I 30 Minutter?

Videnskab Nyheder


Gode ​​Nyheder! Birds Thought Extinct Tilbage Til Høstet Regnskov
Gode ​​Nyheder! Birds Thought Extinct Tilbage Til Høstet Regnskov

Den Rigtige 'X-Files'? Cia Afslører Underlige Ufo-Historier
Den Rigtige 'X-Files'? Cia Afslører Underlige Ufo-Historier

Body-Double: Lifelike Android Demoed På Futuristisk Konference
Body-Double: Lifelike Android Demoed På Futuristisk Konference

Skal Jeg Bekymre Mig Om Bedøvelse?
Skal Jeg Bekymre Mig Om Bedøvelse?

Hvordan Newtons Bevægelseslove
Hvordan Newtons Bevægelseslove


DA.WordsSideKick.com
All Rights Reserved!
Reproduktion Af Materialer Tilladt Kun Prostanovkoy Aktivt Link Til Webstedet DA.WordsSideKick.com

© 2005–2019 DA.WordsSideKick.com