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2023-12-13 17:15:13

麻省理工学院的研究人员观察到弹跳液滴的标志性量子行为

导读 在我们日常的古典世界中,所见即所得。球就是一个球,当它在空中抛起时,它的轨迹是简单明了的。但如果那个球缩小到原子大小或更小,它的行...

在我们日常的古典世界中,所见即所得。球就是一个球,当它在空中抛起时,它的轨迹是简单明了的。但如果那个球缩小到原子大小或更小,它的行为就会转变为量子、模糊的现实。球不仅以物理粒子的形式存在,而且以可能的粒子态波的形式存在。这种波粒二象性会产生一些奇怪而狡猾的现象。

其中一个奇怪的前景来自一项被称为“量子炸弹测试仪”的思想实验。该实验提出,量子粒子(例如光子)可以充当一种遥控炸弹探测器。通过其粒子和波的特性,理论上,光子可以感知炸弹的存在,而无需与炸弹发生物理相互作用。

这个概念在数学上得到了验证,并且符合控制量子力学的方程所允许的范围。但当要准确阐明粒子如何完成如此炸弹嗅探壮举时,物理学家们却陷入了困境。难题在于量子粒子本质上是变化的、中间的、不可定义的状态。换句话说,科学家只需相信它有效即可。

但麻省理工学院的数学家希望揭开一些谜团,并最终建立一个更具体的量子力学图景。他们现在已经证明,他们可以重新创建量子炸弹测试仪的类似物,并产生实验预测的行为。他们并不是在奇异的、微观的、量子的环境中做到这一点,而是在看似平凡的、经典的桌面设置中。

在今天发表在 《物理评论 A》上的一篇论文中,该团队报告了在一项弹跳液滴研究的实验中重新创建了量子炸弹测试仪。研究小组发现,液滴与其自身波的相互作用类似于光子的量子波粒行为:当落入类似于量子炸弹测试中提出的配置时,液滴的行为与光子的统计方式完全相同。是对光子的预测。如果装置中确实有一枚炸弹,那么 50% 的概率中,液滴会像光子一样,在 25% 的概率中检测到它,而无需与其进行物理交互。

两个实验中的统计数据相匹配的事实表明,液滴的经典动力学中的某些东西可能是光子原本神秘的量子行为的核心。研究人员将这项研究视为两个现实之间的另一座桥梁:可观察的经典世界和模糊的量子领域。

研究作者、麻省理工学院应用数学教授约翰·布什表示​​:“我们有一个经典系统,可以提供与量子炸弹测试中相同的统计数据,这被认为是量子世界的奇迹之一。” “事实上,我们发现现象并没有那么美妙。这是可以从局域实在论角度理解的量子行为的另一个例子。”