Схема эксперимента с двумя щелями. Изображение Quibik пользователя с сайта wikipedia.org

Фотоны подтвердили квантовую механику

Специалисты проверяли правило Борна, описывающее вероятность получения определенного результата при проведении измерения. Ученые давно пытаются объединить квантовую механику с другими теориями (в частности, гравитацией) и предполагают, что для этого, возможно, придется поступиться некоторыми ее базовыми принципами, например допустить нарушение правила Борна.

Простой эксперимент, иллюстрирующий правило Борна и корпускулярно-волновой дуализм света, был впервые проведен в начале XX века Томасом Юнгом и с тех пор вошел во все учебники физики как опыт, "породивший" квантовую механику.

Свет от точечного источника проходил через непрозрачный экран с двумя узкими щелями и падал на другой экран, на котором наблюдалась интерференционная картина, противоречащая классическим физическим принципам, подразумевающим, что фотоны не проявляют волновых свойств.

Позднее разные ученые многократно повторяли эксперимент с другими частицами, например летящими поштучно электронами, нейтронами и молекулами, даже такими тяжелыми, как фуллерены - образования из 70 атомов углерода. Независимо от точности измерений все эти опыты доказывали, что все частицы проявляют волновые свойства, причем чем меньше частица, тем это заметнее.

Авторы новой статьи провели эксперимент Юнга не с двумя, а с тремя щелями. Они установили источник света (лазер) перед стеклянной пластиной с металлическим покрытием, в котором на расстоянии в 100 микрометров друг от друга были проделаны три щели шириной 30 микрометров (микрометр - это одна миллионная метра). Лазер "выстреливал" примерно по 40 тысяч фотонов в секунду в направлении пластины, за которой находился позиционно-чувствительный детектор. Редкий поток частиц был необходим для того, чтобы каждый раз через щель пролетал ровно один фотон.

Измерения повторялись шесть раз: с одной открытой щелью, с двумя и всеми тремя. Зарегистрированный эффект подтвердил расчеты по правилу Борна с погрешностью в один процент: при сложении результатов всех измерений с поочередным закрытием щелей получилась та же интерференционная картина, что и при открывании всех щелей сразу. Несмотря на общее соответствие результатов предсказаниям квантовой механики (в пределах точности эксперимента), исследователи продолжают сомневаться и планируют провести новую серию опытов с лучшей точностью, другими частицами и даже не с частицами, а с конденсатом Бозе-Эйншейна - это особое состояние вещества при температурах близких к абсолютному нулю, когда оно ведет себя как единое целое и проявляет квантовые свойства.

Ссылки по теме
- Сверхточную физическую установку сбросили с высоты 150 метров – Lenta.ru, 18.06.2010
- Физики измерили замедление времени – Lenta.ru, 18.02.2010
- Физики смогли непосредственно пронаблюдать квантовые эффекты – Lenta.ru, 17.02.2010
- Удаленный гамма-всплеск подтвердил правоту Эйнштейна – Lenta.ru, 29.10.2009

Сайты по теме
- Правило Борна в Википедии