Необычная дорога фотона через три щели
Road less travelled: a photon weaves its way through three slits
Фотоны плетут свой путь через тройные щели
Изъян в том, как интерпретируются квантово-интерференционные эксперименты был количественно обозначен впервые группой физиков из Индии. Использовав формулировку квантовой механики в форме "интегралов по путям", ученые рассчитали интерференционную картину, получаемую, когда электроны или фотоны проходят через три щели. Было установлено, что неклассические пути, которыми частица может следовать через несколько щелей, следует рассматривать вместе с обычной квантовой суперпозицией трех прямых путей (отдельно через каждую из щелей). Физики говорят, что эффект должен быть измеримым в экспериментах с микроволновыми фотонами, и что это может также дать ответ на потенциальные источники декогеренции в некоторых квантово-информационных системах.
Один из краеугольных камней квантовой теории то, что частицы могут вести себя как волны. Это можно продемонстрировать экспериментом по прохождению электронами двух щелей, который был однажды признан самым красивым физическим экспериментом всех времен по физике читателями
Physics World
most beautiful physics experiment of all time
. Он заключается в облучении электронами двух соседних щелей и наблюдения за возникающей при этом волновой интерференционной картины на экране по другую сторону щелей. Тем не менее, каждая частица будет обнаружена в виде маленькой точки на картине, предполагая, что частицы также представляют собой дискретные объекты.
Студентов-физиков учат, что картину от двух щелей можно объяснить суперпозицией волн, прошедших через одну щель и через другую щель. Хотя это описание воспроизводит картинку видимую в экспериментах, японский физик Харуичи Ябуки [Haruichi Yabuki] отметил в 1986 году, что этот подход является приблизительным, поскольку он игнорирует небольшую вероятность того, что частица может пойти неклассическим путем через щели.
Квантовые кружева
Эти неклассические пути легко придумать с тремя щелей. Частица может пройти, скажем, через левую щель, обогнуть ее, вернуться через центральную щель, развернутся снова и выйти из правой щели (см рисунок). Теперь, Урбаси Синха [Urbasi Sinha] и коллеги из исследовательского института Рамана и Индийского научного института в Бангалоре рассчитали влияние этих неклассических путей на интерференционную картину от трех щелей. Воспользовавшись формулировкой квантовой механики в форме интегралов по путям, они рассмотрели различные комбинации ширины щели и расстояния между щелями, как для падающих фотонов, так и электронов.
В случае электронов, исследователи получили, что неклассические пути будут иметь незначительное воздействие на наблюдаемую картинку, отличающееся от простой суперпозиции на добавок примерно 10
-8
. Для видимого света, этот добавок увеличивается до примерно 10
-5
, но все же он еще слишком мал, чтобы быть обнаруженным. Действительно, расчеты объясняют, почему Синха и его коллеги из Университета Ватерлоо в Канаде не увидели никаких отклонений в оптическом эксперименте на тройной щели, проделанном в 2010 году (см "Квантовая теория выживает в своем последнем испытании"
Quantum theory survives its latest ordeal
).
Микроволновое отклонение
Оказывается, однако, что отклонение должно возрасти примерно до 10
-3
для микроволновых фотонов, и исследователи считают, что его можно измерить в эксперименте, используя фотоны с длиной волны 4 см, при ширине щели 120 см и расстояния между щелями в 400 см. Действительно, Синха сказала для physicsworld.com, что ее группа в исследовательском институте Рамана уже ставит микроволновый эксперимент, чтобы посмотреть эффект, но не может комментировать предварительные результаты.
Такой эксперимент, если он осуществится, может обеспечить полноразмерную демонстрацию формулировки квантовой механики в форме интегралов по путям - то, что обычно ассоциируется с субатомными процессами. Кроме того, понимание роли неклассических путей в интерферометрических квантово-информационных системах сможет помочь физикам уменьшить разрушительные последствия шума в этих системах.
Да - Если это окажется правдой...- хотя верится мало, - тогда вся электродинамика рухнет...
О. Е. Кириллов
4 октября 2014 г.
20:08:56
Чрезвычайно интересная новость!
Если действительно подтвердится в эксперименте, что фотоны или любая квантовая частица может двигаться такими неклассическими путями, то это будет еще одним подтверждением (другое подтверждение - это квантовые корреляции), что КвМ действительно имеет дело с нелокальными объектами.
С уважением, ОК.