Κινέζοι επιστήμονες ώθησαν το παράδοξο της γάτας του Schrödinger σε νέα όρια

Σύνταξη – επιμέλεια: Στέλιος Βασιλούδης

Στον κόσμο της κβαντικής φυσικής, ένα άλλο ρεκόρ φαίνεται να έχει μόλις καταρριφθεί. Σε άρθρο που αναφέρεται στον ιστότοπο προεκτύπωσης ArXiv, ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας της Κίνας ισχυρίζονται ότι διατηρησαν άτομα σε κατάσταση κβαντικής υπέρθεσης για 23 λεπτά. «Το να είμαστε σε θέση να διατηρήσουμε σταθερές τις κβαντικές καταστάσεις για τόσο μεγάλο χρονικό διάστημα, θα μπορούσε να βοηθήσει να γίνουν οι κβαντικές συσκευές πιο ανθεκτικές και να ανακαλυφθούν απροβλεπτα νέα αποτελέσματα στην κβαντική φυσική», υποστηρίζουν οι ερευνητές.

Η υπέρθεση είναι ένα φαινόμενο όπου ένα αντικείμενο σε μια δεδομένη στιγμή έχει τη δυνατότητα να καταλάβει πολλές διαφορετικές καταστάσεις, αλλά η πραγματική κατάσταση του αντικειμένου είναι άγνωστη. Πολύ μικρά σωματιδια, όπως φωτόνια ή ηλεκτρόνια, δείχνουν αυτή τη συμπεριφορά. Συμπεριφερονται σαν κύματα, καταλαμβάνοντας δυνητικά μια σειρά θέσεων ανά πάσα στιγμή, αντί σαν σωματίδια με μοναδική θέση. Είναι σημαντικό και κρίσιμο το ότι όταν παρατηρείται ένα αντικείμενο σε υπέρθεση, η κατάστασή του καταρρέει και τότε φαίνεται μόνο σε μία από τις πιθανές του καταστάσεις – επομενως η διατήρηση του σε κατάσταση υπερθέσης για κάποιο χρονικό διάστημα θεωρείται ένα είδος «ιερού δισκοπότηρου» για τους κβαντικούς φυσικούς.

Μπορεί να το σκεφτεί κανείς σαν ένα νόμισμα που το «φλιπάρουμε» – ενώ περιστρέφεται στον αέρα είναι δυνητικά πιθανές και οι δυο καταστάσεις, κορώνα ή γράμματα – αλλά όταν το κοιτάξει κανεις αφού προσγειωθεί, τότε είναι μόνο το ένα ή το άλλο.

Επίσης, μπορεί να έχει ακούσει κανείς ότι η υπέρθεση εξηγείται χρησιμοποιώντας το διάσημο παράδοξο της γάτας του Schrödinger. Αυτό είναι ένα πείραμα σκέψης που πρότεινε ο φυσικός Erwin Schrödinger, στο οποίο μια γάτα τοποθετείται σε ένα σφραγισμένο κουτί με ένα ραδιενεργό υλικό που θα αποσυντεθεί τυχαία, το οποίο όταν συμβεί, θα σκοτώσει τη γάτα. Μέχρι να ανοίξει κανείς το κουτί, το πείραμα εισηγείται ότι η γάτα βρίσκεται σε υπέρθεση, όντας ταυτόχρονα ζωντανή και νεκρή. Αν και χρησιμοποιείται συνήθως για να εξηγήσει την υπέρθεση, το πείραμα του Schrödinger είχε σκοπό να δείξει το φαινομενικό παράλογο αυτής της κβαντικής συμπεριφοράς.

Για χρόνια, οι ερευνητές ήταν σε θέση να πιάσουν στο εργαστήριο μικροσκοπικά αντικείμενα που εμφανίζουν υπέρθεση, με σωματίδια φωτός και ακόμη και μικροσκοπικούς κρυστάλλους να φαίνεται ότι καταλαμβάνουν πολλές καταστάσεις ταυτόχρονα. Όμως τα αντικείμενα σε αυτά τα πειράματα ήταν πάντα πολύ ασταθή και η έκθεσή τους στην υπέρθεση εξαιρετικά φευγαλέα. Ωστόσο, στη νέα μελέτη, οι Κινέζοι ερευνητές, με επικεφαλής τον φυσικό Zheng-Tian Lu, φαίνεται ότι χρησιμοποίησαν άτομα παγιδευμένα στο φως για να διατηρήσουν το φαινόμενο.

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν περίπου 10.000 άτομα υττερβίου, τα οποία έψυξαν σε μερικά χιλιοστά του βαθμού πάνω από το απόλυτο μηδέν και τα παγίδευσαν με τις ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις του ακτίνων λέιζερ. Κάτω από αυτές τις συνθήκες, οι κβαντικές καταστάσεις των ατόμων μπορούσαν να ελεγχθούν με μεγάλη ακρίβεια, και οι ερευνητές το εκμεταλλεύτηκαν για να βάλουν κάθε άτομο σε μια υπέρθεση δύο ταυτόχρονων καταστάσεων που είχαν δύο πολύ διαφορετικές περιστροφές.

Κανονικα, οι διαταραχές του περιβάλλοντος των ατόμων θα προκαλούσαν την κατάρρευση τους σε μια ενιαία κατάσταση μέσα σε δευτερόλεπτα ή χιλιοστά του δευτερολέπτου, αλλά οι ερευνητές μπόρεσαν να συντονίσουν τα λέιζερ με ακρίβεια προκειμένου να τα διατηρήσουν σε κατασταση υπερθεσης για μια άνευ προηγουμένου διάρκεια 1.400 δευτερολέπτων ή 23 λεπτών.

Είναι σημαντικό ωστόσο, να σημειωθεί ότι η εργασία δεν έχει ακόμη επισήμως αξιολογηθεί από ανεξάρτητους κριτές.

Επειδή επεκτείνει την υπέρθεση για τόσο μεγάλο χρονικό διάστημα, μια τέτοια τεχνική, εάν αποδειχθεί ότι είναι δυνατή, θα μπορούσε στο μέλλον να χρησιμοποιηθεί για την ανίχνευση και τη μελέτη μαγνητικών δυνάμεων, καθως και νέων και εξωτικών επιδράσεων στη φυσική ή ακόμη και για πολύ σταθερή μνήμη κβαντικού υπολογιστή.

Πηγή: Wired