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“量子柴郡猫”有了首个实验证据

——中子能与其自旋属性分离

作者:常丽君 来源:人民网 原标题:“量子柴郡猫”有了首个实验证据 中子能与其自旋属性分离

      量子力学中的“薛定谔猫”已广为人知,“量子柴郡猫”的概念还比较新。柴郡猫是科幻小说《爱丽丝漫游奇境》中一只会露齿微笑的猫:它会消失,却留下笑容。一个物体会和它的属性分离吗?奥地利维也纳技术大学领导的一项国际研究实验证明,中子能和它的自旋分别处在不同位置,物体与其属性分离的现象在量子世界里是可能的。

      该实验在法国格勒诺布尔的劳厄-朗之万研究所(ILL)的中子源上进行,显示中子移动的路径与它的磁矩路径不同。

      中子不带电荷,但由于中子自旋而有磁矩和磁向,会受外部磁场的影响。按照量子力学法则,粒子可以同时处于不同物理状态。比如用硅晶体把一束中子分为两束,其中每一束无需选择它们要走哪条路,它们能同时走两条路。“这种实验技术称为中子干涉测量法,是一种研究量子力学的理想工具。”维也纳技术大学教授长谷川佑司(音译)说。据每日科学网站7月30日(北京时间)报道,在实验中,中子束先在中子干涉仪中被分裂为两部分,然后两束中子的自旋变成不同方向:上面中子束的自旋方向与自身运动轨迹方向相同,下面中子束自旋方向则与之相反。在两束中子重新合并后,就只选择自旋方向与自身运动方向相同的中子,而忽略其他的。“这叫做后选择。”维也纳技术大学的赫尔曼·格佩特说,“中子束中包含了两个自旋方向,但我们只分析一个方向的。”

      为了查看该技术能否把粒子性质和粒子本身分离开来,长谷川佑司小组与法国国家科学研究院、美国查普曼大学和劳厄-朗之万研究所科学家共同开发了一种全新的量子实验。

      “我们先让中子处于一种特定初始状态,然后选择另一种状态,就能在干涉仪中检测到两条路径。”维也纳技术大学的托比厄斯·丹克梅尔说,“在其中一条路径上,粒子本身与我们的检测设备结合,而另一条路径,却显出对磁自旋耦合的敏感。系统的表现就好像粒子本身在空间上与它的属性分离了。”

      研究人员指出,这种违背直觉的效果对以量子干涉为基础的高精检测有重要意义。维也纳技术大学的斯蒂芬·斯伯纳说:“当量子系统有一个你想检测的属性,而另一个属性会给系统增加干扰,可以用这种‘量子柴郡猫’把二者分开,就可能把干扰减到最小。”

      “量子柴郡猫”的概念首先由美国查普曼大学教授杰夫·托勒克森和雅克·艾哈罗诺夫共同提出,并于去年发表了实验提案。现在的检测是对这一现象的首个实验证据。

      总编辑圈点

      使用柴郡猫的比喻是对“薛定谔猫”的致敬,如果放到人身上,如同观测到了灵魂出窍。本研究不但验证了柴郡猫理论,同时将我们认识和观察宇宙的尺度放大,并提供了无限的想象空间,就像科幻小说《三体》里描绘的量子士兵一样。虽然“量子柴郡猫”仅对中子来说被观测到,但应有可能在其他物理体系中对其进行验证。在短期内,这种弱测量的方法虽然很难帮助人类去开拓宇宙,但却为提升高精度量子计算和量子通信的精度提供了好方法。

文章原载于人民网 2018年7月31日 “量子柴郡猫”有了首个实验证据 中子能与其自旋属性分离 来源:科技日报

文中配图来自网络。

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量子力学,物理,爱丽丝梦游仙境

编辑:林定

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