Kvantový Zenonův jev potvrzen: Když se díváte, atomy se nehýbají  
Ultrachladná laboratoř Cornellovy univerzity ho pozorovala v miliardě zmražených atomů rubidia.

 

Uvnitř Ultrachladné laboratoře. Kredit: Mukund Vengalattore.
Uvnitř Ultrachladné laboratoře. Kredit: Mukund Vengalattore.

Představte si, že někdo napne luk, zacílí a pak vypustí šíp. V pozadí zní dramatická hudba, samozřejmě. Jenže letící šíp je v každém okamžiku v určitém bodě prostoru. A v bezrozměrném bodě není žádný pohyb možný. Šíp je tedy po celou dobu v klidu, nám ale připadá, že letí. Tohle je Zenónův paradox letícího šípu v kostce. Dneska sice můžeme Zenóna odkázat do patřičných mezí infinitesimální počtem a skvělými triky, jako jsou derivace a limity, jeho legendární paradoxy jsou ale dodnes inspirující. Dokonce zanechaly otisk ve kvantové fyzice a daří se jim tam velmi uspokojivě.

Mukund Vengalattore vlevo. Kredit: Anne Ju / Cornell Chronicle.
Mukund Vengalattore vlevo. Kredit: Anne Ju / Cornell Chronicle.


Kvantový Zenonův jev, též známý jako Turingův paradox, je jednou z nejšťavnatějších předpovědí kvantové fyziky. V roce 1977 si George Sudarshan a Baidyanath Misra všimli jeho podobnosti se Zenónovým paradoxem letícího šípu a jméno bylo na světě. V čem ten jev spočívá? Stručně řečeno, když se někdo dívá na kvantový systém, čili když dojde k jeho kvantové dekoherenci a kolapsu vlnové funkce měřením (nebo prostě interakcí s prostředím), tak by se ten systém neměl změnit. Když si vezmete nestabilní částici a nepřetržitě ji pozorujete, tak by se neměla rozpadnout. Asi jako když hrajete akční hru „Cukr, káva, limonáda, čaj rum bum“, mezi foglarovci známou jako „Na trapery“ a vyvolávač zamrzne v pozici čelem k hráčům. Dokud se dívá, nikdo se nemůže ani pohnout.

Hrátky s lasery a ultrachladnými atomy. Kredit: Ultracold Lab.
Hrátky s lasery a ultrachladnými atomy. Kredit: Ultracold Lab.

A právě tento bizarní kvantový jev teď experimentálně potvrdili v Ultrachladné laboratoři Cornellovy univerzity. Mukund Vengalattore a jeho kolegové o tom sepsali ostře sledovanou publikaci do časopisu Physical Review Letters. Vzali si asi tak jednu miliardu atomů rubidia, ve vakuu je ochladili na teplotu blízkou absolutní nule a pak je rozprostřeli mezi laserové paprsky. Atomy se uspořádaly tak, jako kdyby byly v krystalické mřížce. Jenže za velmi nízkých teplot mohou atomy kvantově tunelovat z místa na místo. Je to kvůli slavnému Heisenbergovu principu neurčitosti, podle něhož jsou poloha a hybnost částic jako spojené nádoby (odborník by řekl že to jsou kanonicky konjugované veličiny). Čím přesněji určíme jednu z těchto vlastností, tím hůře určíme tu druhou. Hybnost na kost zmražených atomů rubidia je prakticky nulová, takže ji známe velmi dobře. A jejich poloha tudíž poskakuje jako splašený zajíc. 

Plačící anděl na lovu. Kredit: BBC.
Plačící anděl na lovu. Kredit: BBC.

Vengalattore a spol. dokázali rozverné kvantové tunelování potlačit pouhým pozorováním, právě tak, jak to předpovídá kvantový Zenónův jev. Je to vůbec poprvé, kdy někdo pozoroval tento jev měřením reálného pohybu atomů. Až doposud se kvantový Zenónův jev demonstroval jenom na spinech, tedy vnitřních momentech hybnosti subatomárních částic. Vengalattoreho týmu se rovněž podařilo experiment vyladit tak, že mohli pozorovat, jak kvantový jev odeznívá a vlády se ujímá klasická fyzika.

Vědci pozorovali své atomy mikroskopem, který ovšem nezobrazoval jednotlivé atomy, ale fluorescenci vyvolanou zobrazovacím laserem. Když byl zobrazovací laser vypnut anebo jel na malý výkon, tak atomy rubidia tunelovaly jako divé. Jakmile ale experimentátoři zesílili výkon zobrazovacího laseru, tak chuť atomů k tunelování dramaticky poklesla. Vengalattore a spol. jsou nadšeni a mají teď k dispozici kvantový systém, jehož dynamiku lze ovládat pouhým pozorováním. A komentáři si hned vzpomněli na plačící anděly ze seriálu Pán času (Doctor Who), pořádně děsivé kvantové predátory z počátku vesmíru, kteří se hýbou, jen když se na ně nikdo nedívá.


Video:  Mukund Vengalattore, Cornell University



Literatura
Cornell University 22. 10. 2015, Physical Review Letters 115: 140402, Wikipedia (Quantum Zeno effect).

Autor: Stanislav Mihulka
Datum: 25.10.2015
Tisk článku

Dialógy s dušou - Hanuliak Peter
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 323 Kč
cena: 303 Kč
Dialógy s dušou
Hanuliak Peter
Související články:

Ultramrazivý experiment úspěšně simuloval raný vesmír     Autor: Stanislav Mihulka (01.09.2013)
Fotonická hmota poprvé stvořena v laboratoři     Autor: Stanislav Mihulka (05.10.2013)
3 000 atomů strašidelně kvantově entanglováno jediným fotonem!     Autor: Stanislav Mihulka (29.03.2015)



Diskuze:

terminologie

Jakub Beneš,2015-10-25 11:18:42

přestaňtě už používat neurčité a zavádějící slovo pozorování. řekněte jasně, když na ně posvítili silným laserem, tak se nechovaly kvantově. to už ale nezní tak mysticky, že?

Odpovědět


Re: terminologie

Rene Mikolas,2015-10-25 18:59:39

Sú títo vedci normálni, takto zavádzať ostatných?
Akoby chceli povedať, že neplatí príčina a následok
Ale u toho dvojštrbinového experimentu laser nepoužívajú a celkom nehanebne tam v populárno vedeckých videách používajú pozorovacie kamery.
Nerozumiem im, nechápem to.
Dokonca pôsobenie na diaľku. Ako môžu pozorovať dvojča v susednej galaxii.
To mi nevysvetlia.
A tá živomŕtva mačka ma tiež štve. Neskladá sa predsa z jedného fotónu ale z miliardy atómov.

Odpovědět


Re: terminologie

Rastislav Petrák,2015-10-26 05:40:01

Přesně tak, je to otřesné. Je jedno jak se dívali či nedívali na stínítko, ale jak silným laserem ty atomy při pozorování ozařovaly. A je jasné, že když otočili knoflíkem moc a blikli tam vyšší energií tak systému dodali energii a ten se přestal chovat kvantově... no to je fakt záhada jak hrom.

Odpovědět


Re: terminologie

Marian Valentin,2015-10-26 12:58:46

Už som si myslel, že som sám takto znechutený. Poriadne znechutený. Slová ako pozorovateľ alebo pozorovanie by v tejto teme mali byť úplne zakázane, lebo vytvárajú početné davy jedincov, ktorí vzhľadom na zavádzajuce informácie, resp. obmedzené možnosti, radi vidia misteriózne záležitosti všade okolo. Takže, ak už práve dopísali všetky horoskopy, prípadne doveštili z kávy a ostane im nejaký čas nazvyš, radi sa chopia záhady pozorovanej, ergo. nepozorovanej častice. PS: O videách na internete k tejto téme ani nehovoriac. SciencBulvar.

Odpovědět


Re: Re: terminologie

elias orsic,2015-10-27 13:55:53

To je otázka na redaktory Osla, proč nepíšou články s mnohem nudnějším ale všeříkajícím nadpisem :)

Odpovědět


Re: terminologie

Milan Krnic,2015-10-26 17:04:12

Souhlasím. Akorát to podkopává důvěryhodnost vědy.
Něco, jako zde. Kde na správnou kolej bylo vše uvedeno až v diskuzi. http://www.osel.cz/8483-mozna-jsme-konecne-objevili-exoticke-castice-gluebally.html#poradna_kotva

Odpovědět

Petr Nejedlý,2015-10-25 08:23:42

Jsem zmaten. Když se dívám, superchladné atomy se neodváží tunelovat. Čili se vpodstatě neodváží pohnout. Čili vím kde jsou. Ale také vím, jakou mají hybnost. Takže když se dívám zastudena, Heisenbergova neurčitost neplatí? Nebo neplatí jen když se nedívá pan Heisenberg?

Odpovědět


Re: Jsem dokonale entanglován

Josef Hrncirik,2015-10-25 10:31:10

Co pozorovali když zobrazovací laser vypli?

Odpovědět


arxiv.org/pdf/1411.2678v1.pdf

Josef Hrncirik,2015-10-25 21:37:46

Najít článek zadarmo se mi podařilo pouze kvantitativním tunelováním.
Ultrachladná pára Rb by zaručeně zkondenzovala do kovu odrážejícího světlo.
1 G atomů Rb by vytvořil průměr cca 0,1 um.
Leč: Ochlazením páry v poli vlastního záření 160 GHz atomy zůstanou v takto vytvořené optické mřížce a jsou chlazeny vedlejším pásmem Ramanova záření.
Vše je triviální.
Plyn je vlastně krystal. Hloubka mřížky, obsazení základní vibrační hladiny teplota mřížky, rychlosti ohřevu i chlazení jsou měřitelné.
... měření poloh ohřeje mřížku do vyššího pásu s vyššími rychlostmi tunelování ...

Zenon začal prudce rotovat a odbrzdil mračna šípů.

Odpovědět


Re: arxiv.org/pdf/1411.2678v1.pdf

Milan Krnic,2015-10-26 17:06:36

K kdo ví, co by se stalo, kdyby pan Raman jednou záření nedodal.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni