Вчені вперше спостерігали квантовий парадокс "Чеширського кота"

Вчені з різних країн виміряли магнітний момент нейтрона незалежно від положення самого нейтрона.

Фізикам Франції, Австрії та США в Інституті Лаує-Ланжевена (Гренобль, Франція) вдалося провести експеримент, в результаті якого вони виміряли магнітний момент нейтрона незалежно від положення самого нейтрона. Явище, яке спостерігали вчені, називається парадоксом Чеширського кота. Результати своїх дослідів автори опублікували в журналі Nature Communications.

Учені розділили пучок нейтронів на два залежно від орієнтації спіни частинок в них: напрями одних збігалися з напрямком зовнішнього магнітного поля, інших були протилежні йому. У результаті проведення серії вимірювань, що включають в себе слабкий вимір, вченим в одному з пучків вдалося відстежити сліди часток (виміряти поляризацію нейтронів у магнітному полі) з іншого, так якби вони там були.

Слабкий вимір у квантовій механіці передбачає мале обурення частинки вимірюваним приладом. Однак такий спосіб добування інформації про спостереження передбачає невисоку точність одержуваних результатів вимірювань і, як наслідок, велика кількість вимірювань, якы змогли забезпечити потужне джерело нейтронів в Інституті Лаує-Ланжевена.

У своєму експерименті фізики використовували нейтронний інтерферометр - прилад, який дозволяє спостерігати хвильові властивості нейтральних нуклонів: єдиний пучок нейтронів пропускається через інтерферометр, де розділяється на два, які інтерферують між собою і призводять до утворення відповідної картини. З точки зору квантової механіки, це є прояв корпускулярно-хвильового дуалізму, в якому хвильові властивості пов'язані з накладенням хвиль де Бройля - суперпозицією хвильових функцій частинок. При цьому істотно класичне поняття траєкторії частинки втрачає сенс: нейтрон може бути одночасно в двох пучках.

Теоретична ідея про парадокс Чеширського кота з'явилася недавно і зводиться до того, що властивості деякого об'єкта можуть бути визначені (виміряні спостережувані частинки) там, де його немає. У класичній фізиці це неможливо через принцип локальності, згідно з яким, крім самого об'єкта, його властивості можуть залежати лише від його найближчого оточення.

У квантовій механіці ситуація інша: квантова заплутаність припускає, що підсистеми раніше єдиної системи після рознесення їх на відстані один від одного продовжують відчувати взаємний вплив. Обговорення співвіднесення принципу локальності та квантової заплутаності приймає різні форми, залежно від інтерпретації квантової механіки.

Чеширський кіт є одним з героїв казки англійського письменника і математика Льюїса Керролла «Аліса в Країні чудес». Тварина могла зникати і залишати на своєму місці власну посмішку. Вчені вважають, що використання парадоксу Чеширського кота допоможе в створенні майбутніх високоточних метрологічних приладів, а також квантових пристроїв з низьким ступенем перешкод, які виникають через імовірнісного характеру вимірювань.