Теоретически предсказанное явление, называемое квантовым эффектом бумеранга теперь реально подтверждено. Для его наступления нужна симметрия времени - состояние, в котором частицы ведут себя одинаково в будущем и при перемотке в прошлое. Эксперимент показал, что после толчка, элементарные частицы в определенных материалах в среднем возвращаются к своим исходным точкам, сообщает Science News.
Этот эффект продемонстрировал физик Дэвид Уэлд из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, вместе со своими коллегами. Они использовали охлажденные до сверхнизких температур атомы лития в качестве замены для электронов.
Вместо того, чтобы искать атомы, возвращающиеся в исходное положение, команда изучила аналогичную ситуацию для импульса, потому что это было относительно просто смоделировать в лаборатории. Первоначально атомы были неподвижны, но после того, как лазеры придали им импульс, атомы в среднем вернулись в исходное состояние покоя, создав импульс бумеранга.
Команда также определила, что нужно, чтобы прекратить эффект. Для работы эффекта бумеранга требуется симметрия времени, а это означает, что частицы должны вести себя так же, когда время движется вперед, как и при перемотке назад. Изменив время первого удара лазеров так, чтобы схема ударов была нестандартной, исследователи нарушили симметрию обращения времени, и эффект бумеранга исчез, как и предсказывалось.
Квантовый эффект бумеранга — что это?
Квантовый эффект бумеранга наступает для частиц вещества, если они находятся в материале, в котором много беспорядка. Вместо чистого материала, состоящего из упорядоченно расположенных атомов, материал должен иметь множество дефектов, таких как отсутствующие или смещенные атомы, или атомы других типов, разбросанные повсюду.
«Представьте, что вы уменьшились в размерах, и проскользнули внутрь неупорядоченного материала. Если вы попытаетесь отбросить электрон, он не только развернется и вернется прямо к вам. Он вернется прямо к вам и остановится», — рассказывает Дэвид Уэлд.
На самом деле, в этом смысле электрон больше похож на собаку, чем на бумеранг. Бумеранг будет продолжать лететь мимо вас, если вы его не поймаете, но хорошо обученная собака вернется и сядет рядом с вами, — добавляет Дэвид.
Триумф квантовой физики
Несмотря на то, что Филип Андерсон сделал свое открытие о локализованных частицах более 60 лет назад, квантовый эффект бумеранга появился в физике совсем недавно.
«По-видимому, никто об этом не думал, вероятно, потому, что это очень нелогично», — говорит физик Доминик Деланд из CNRS и лаборатории Кастлера Бросселя в Париже, который предсказал эффект вместе с коллегами еще в 2019 году.
Этот эффект является результатом уравнений квантовой физики. Квантовые частицы действуют как волны, с рябью, которая может складываться и вычитаться сложным образом. Эти волны объединяются, чтобы выбрать такую траекторию, которая возвращает частицу к месту, откуда она начала путь, и компенсировать потенциально возможные траектории, которые уходят в других направлениях.
«Это чисто квантовый эффект, — говорит Деланд, — поэтому он не имеет эквивалента в классической физике».
Квантовый компьютер может всего за несколько секунд решать невероятно сложные и объемные задачи, например, такие, как расшифровка данных, где возможны миллиарды вариантов шифра. Но может настать день когда вы обнаружите, что деньги с вашей карточки бесследно исчезают за считанные секунды, ваши документы уплывают в открытый доступ и даже ваша переписка в Facebook внезапно становится доступной кому угодно. Примерно так будет выглядеть конец света в XXI веке — и главным виновником такого веселья может стать технология, которая, по задумке, должна помочь нам совершить огромный прорыв. О том, случится ли «квантовый апокалипсис» читайте в статье НиТ.
