Může být vlnová funkce elektronu rozsekána na kousky a uvězněna?  
Podle výzkumu na Brownově univerzitě ano, přinejmenším pomyslně. Prý se to děje, když elektrony vytvářejí v hodně chladném kapalném heliu nanobubliny s velmi podivným chováním.

 

Zvětšit obrázek
Zásobník s kapalným heliem v experimentu. Kredit: Mike Cohea/ Brown University.

Elektrony jsou elementární částice. Jak praví současný fyzikální kánon, jsou nedělitelné a vůbec nerozbitné. Teď se ale ukazuje, že kvantový stav elektronu – jeho vlnová funkce, se může rozdělit na vícero částí a uvíznout uvnitř bublin v kapalném heliu. Nejen, že je to šílené, má to i své důsledky pro beztak už podivnou kvantovou mechaniku.


 

Humphrey Maris. Kredit: Brown University.

S extravagantním výzkumem přicházejí fyzik Humphrey Maris z Brownovy univerzity a jeho kolegové. Tvrdí, že se vlnová funkce elektronu doopravdy dělí na kousky a že tyhle kousky pak uvíznou uvnitř nanobublinek v tekutém heliu. Aby nedošlo k omylu, tak jedním dechem dodávají, že nejde o rozbíjení elektrony. Jejich vlnovou funkce už ale prý tak nerozbitná není.


Kvantová mechanika je proslulá tím, že jednotlivé částice v jejím rámci vlastně nemají přesně danou konkrétní pozici v prostoru. Ve skutečnosti existují v souladu s vlnovou funkcí, která popisuje rozložení pravděpodobnosti, s níž se dotyčná částice nalézá ve všech možných místech, kde se vyskytovat může. Maris a spol. teď k tomu dodávají, že tento pravděpodobnostní výskyt částice může být rozdělen na části, které budou navzájem izolované.


 

Zvětšit obrázek
Vlnová funkce vodíku. Kredit: PoorLeno, Wikimedia Commons.

Maris upozorňuje, že pozorovali rozdělení a izolování šance na objevení elektronu, nikoliv rozpad samotného elektronu na kousky. Je to prý taková částicová loterie. Skupina lidí si koupí lístky do loterie s jedinou výhrou, totiž s jedním elektronem. V takové chvíli je šance na výskyt tohoto jediného elektronu rozprostřena mezi účastníky loterie. Podle Marise a spol. se účastníci loterie rozdělili do skupinek a pak se pozavírali do vězeňských cel.


Pokud se Maris s kolegy v interpretaci svých experimentů neplete, tak se kvantová mechanika bude muset vyrovnat se zásadními otázkami kolem procesu měření. Když v tradičním pojetí kvantové mechaniky dojde ke změření částice, čili je nalezena na jednom konkrétním místě, tak se vlnová funkce zhroutí. Výzkum Marisova týmu ale naznačuje, že když si hrajeme s elektronem v nějakém větším fyzikálním systému, jako je třeba nádrž s kapalným heliem, tak to vlastně není takové měření. Pak je ale podle Mariho otázkou, co měřením elektronu je. Stejně tak je nanejvýš podivné, že se vlnová funkce jednoho elektronu může rozdělit do dvou či více nanobublinek. Když za takových okolností změříme elektron v jedné z těchto bublinek, co se pak stane v těch ostatních bublinkách?


Vědci už vlastně dlouho vědí o podivném chování elektronů v kapalném helium ochlazeném na teplotu blízkou absolutní nule. Když do takového helia vletí elektron, tak rozežene okolní atomy helia jako hejno vrabců a vytvoří nanobublinku o průměru přibližně 3,6 nanometru. Velikost bublinek se odvozuje od tlaku elektronu proti povrchovému napětí kapalného helia. Už od šedesátých let je jasné, že se přitom děje něco zvláštního.

 

Zvětšit obrázek
Kruhový svazek elektronů držený magnety cyklotronu a viditelný díky fluorescenci molekul vzduchu. Kredit: Marcin Białek, Wikimedia Commons.

Když do válce naplněného chladným kapalným heliem seshora dorazí proud elektronů, tak by vzniklé bublinky, které mají všechny pěkně stejnou velikost, měly dorazit k detektoru na dně válce všechny najednou. Jenže nedorazí. V těchto experimentech se objevují podivné neidentifikovatelné objekty, taková částicová U.F.O., které dorazí k detektoru ještě před normálními elektronovými bublinami. Vědci během let v takových experimentech zaznamenali a popsali celkem 14 typů objektů různých velikostí, přičemž se všechny pohybovaly rychleji, než by měly elektronové bubliny. Je to veliká záhada.


Během let se objevily různé hypotézy, které se snažily vysvětlit, co jsou záhadní vetřelci v kapalném heliu zač. Mluvilo se o iontech helia anebo také o znečištění kapalného helia nabitými částicemi, vyšťouchnutými ze stěny nádrže s heliem. Maris s kolegy ale zjistili, že se v kapalném heliu ostřelovaném elektrony nevyskytuje 14 typů podivných objektů, ale že je jich vlastně nekonečně mnoho – všech možných velikostí. Proto odmítají vysvětlení s ionty helia i se znečištěním. Podle nich je jediným rozumným vysvětlením, že vetřelci v heliu vznikají štěpením vlnových funkcí. Je to prý nejjednodušší možné vysvětlení pozorovaných podivností, v duchu oblíbené Occamovy břitvy.

 

Literatura

Brown University News 28. 10. 2014, Journal of Low Temperature Physics online 28. 10. 2014.

Autor: Stanislav Mihulka
Datum: 17.12.2014 15:01
Tisk článku

Vstříc kosmologii - Minkowski Eugene
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 260 Kč
cena: 218 Kč
Vstříc kosmologii
Minkowski Eugene

Diskuze:

Podle klasických zákonů elektromagnetismu

Pavel Krajtl,2014-12-18 19:55:48

urychlovaný (bržděný) elektron vyzařuje...
Je docela zvláštní že se v heliu místo fotonů vyzařuje sám sebe po kuskách, ale možná je to tím, že roste pravděpodobnost vzniku nějaké rezonance. Jako když hážete spoustu šutrů do rybníka. Každý z nich šplouchá max do např. 1 metru, ale když bude hladina rozvlněna od předchozích šplouchnutí, může shodou okolností vzniknout rezonance která se zmáže na šplouchanec 3 metrový. Podobně bych to viděl s těma rychlýma bublinkama. Zajímalo by mě jak se chová jediný elektron. A co dávkovat jednotlivé elektrony či jejich banče proměnlivě v čase? Spektrální analýza výsledků by mnohé napověděla, myslím.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni