Наука и техника

Наука и техника / Квантовая механика /

Хаотическое поведение квантовой системы зарегистрировано экспериментально

08 октября 2009 года, 20:56 | Текст: Дмитрий Сафин | Послушать эту новость

Ученые из Университета имени Уилфрида Лорье (Канада) и Аризонского университета (США), проводившие опыты с атомами цезия, установили связь между квантовой запутанностью и квантовым хаосом.

Профессор Поул Джессен (фото Лори Стайлс).
Профессор Поул Джессен (фото Лори Стайлс).

Математическая теория хаоса описывает некоторые динамические системы, поведение которых оказывается предельно чувствительно к начальным условиям. Такого рода чувствительность обычно обозначают термином «эффект бабочки», который ввел в обращение американский математик Эдвард Нортон Лоренц. Сама идея о том, что незначительные изменения могут привести к серьезным последствиям, неоднократно обыгрывалась в литературе (знаменитый рассказ «И грянул гром» Рэя Брэдбери) и кино («Бразилия» Терри Гиллиама, «Случай» Кшиштофа Кеслёвского).

Хаотическое поведение в рамках классической физики легко продемонстрировать на примере вращающегося волчка, верхний конец оси которого может перемещаться по весьма замысловатой траектории, если его немного подтолкнуть. В квантовой механике действует принцип неопределенности Гейзенберга, что отражается на определении начального состояния системы и резко усложняет задачу экспериментатора.

В своих опытах ученые использовали атомы цезия, охлажденные с помощью лазера, — «квантовые волчки». Роль оси в данном случае играет спин атома, воздействовать на который можно с помощью магнитных полей и лазерных импульсов. Если бы квантовый волчок вел себя подобно классическому, объясняют исследователи, результаты воздействия на него зависели бы от начального направления спина. В тех случаях, когда оно принадлежит одному из трех выделенных подмножеств всех возможных направлений (так называемых островков стабильности), «подталкивание» спина не должно приводить к хаотическим изменениям его направления.

Для наблюдения за изменением квантового состояния атома использовалась томографическая методика, концептуально близкая к аксиальной компьютерной томографии. В результате выяснилось, что в экспериментах спин реагировал на воздействия именно так, как предсказывала теория: если все начиналось с «островка стабильности», направление спина менялось упорядоченным образом, а в противном случае изменения носили хаотический характер. «Похоже на то, что квантовая система «знает» о классических законах и в точности соблюдает их», — отмечает один из участников исследования Поул Джессен (Poul Jessen).

Завершив эту серию опытов, авторы задались целью обнаружить связь между хаотическим поведением и квантовой запутанностью. «Запутанными» в данном случае могут стать спин валентного электрона цезия и спин его ядра. Изначально указанные параметры не были связаны друг с другом; в ходе нового эксперимента ученые воздействовали на атомы и наблюдали за тем, как это отразится на спинах. «Оказалось, что в атомах, отличавшихся хаотическим поведением, спины быстро пришли в состояние квантовой запутанности», — сообщает г-н Джессен.

Таким образом, работа ученых еще раз подтверждает давно известный факт: квантовые системы чрезвычайно чувствительны к изменениям внешних условий. Полученные результаты также свидетельствуют в пользу того, что никакой четкой границы между классическим и квантовым мирами не существует.

Результаты экспериментов с атомами цезия в «упорядоченном» (это видео идет первым) и «хаотическом» случаях:

Полная версия отчета ученых опубликована в журнале Nature.

Подготовлено по материалам Аризонского университета.

Каждый день слушайте итоговый подкаст Свободного Радио «Компьюлента»!
blog comments powered by Disqus

Последние новости по теме "Квантовая механика":

Архив материалов
  «   Ноябрь 2014   »  
ПнВтСрЧтПтСбВс
          1 2
3 4 5 6 7 8 9
10 11 12 13 14 15 16
17 18 19 20 21 22 23
24 25 26 27 28 29 30