Gli scienziati hanno utilizzato un atomo artificiale per mostrare la possibilità di mantenere in vita il gatto di Schrödinger per un periodo indefinito, oltre ad accelerare l'inizio della sua scomparsa. Per questo e quello, non hai nemmeno bisogno di guardare nella scatola in cui di solito si siede questo stesso gatto (o non si siede). Usare analogie classiche come questa può sembrare eccessivamente semplificato o strano, ma per la scienza è molto importante. Mostrano come la realtà si trova a un livello fondamentale e può portare a strumenti migliori che i fisici usano nell'ingegneria quantistica.
Gli scienziati dell'Università di Washington a St. Louis hanno deciso di scoprire con certezza se fosse necessario raccogliere informazioni da un sistema quantistico - o, più semplicemente, guardare una particella - per influenzarne il comportamento. Forse basterà "frenare"?
Avviso spoiler: hanno capito che non è necessario guardare.
Un po 'di storia: il gatto, la scatola e gli effetti di Zeno
Se qualcuno non sa che tipo di gatto di Schrödinger, ricordiamo la leggenda. Secondo l'interpretazione di Copenhagen della meccanica quantistica, un oggetto fisico (come un atomo) non ha proprietà specifiche finché non lo misuriamo. In risposta, il fisico Erwin Schrödinger propose un esperimento mentale. Ha suggerito che se questa interpretazione fosse corretta, potremmo mettere il materiale radioattivo in un piccolo contenitore vicino al contatore Geiger, legare il contatore a un martello e posizionare il martello sopra la capsula acida in modo che lo schiacci mentre l'atomo decade.
Se mettiamo tutto questo in una scatola con un gatto, non saremo in grado di misurare le proprietà dell'atomo, perché, per quanto ne sappiamo, l'atomo è contemporaneamente decaduto e non è decaduto (ecco perché ha un'emivita). Di conseguenza, il gatto sarà vivo e morto allo stesso tempo, finché non guarderemo dentro.
Questa è la leggenda. Ma ha un doppio fondo.
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Nel 1974, gli scienziati hanno posto la domanda: la durata di un sistema instabile dipende da un dispositivo di misurazione?
Questo paradosso è diventato noto come effetto Zeno quantistico: cosa succede se osserviamo continuamente un atomo instabile? Si disintegrerà?
Secondo l'effetto Zeno, sotto costante osservazione, non emetterà mai una sola particella di radiazione. Nel 1989, questo fu dimostrato per la prima volta in un esperimento dal National Institute of Standards and Technology degli Stati Uniti e una strana ipotesi divenne una strana realtà.
Dieci anni dopo, fu proposto l'effetto Zeno opposto: l'effetto Antisenon. La misurazione frequente di un nucleo atomico radioattivo può accelerarne il decadimento, a seconda del processo.
Resta solo da capire cosa sia una "dimensione".
Per misurare qualcosa come un atomo radioattivo, per osservarlo e leggerne i parametri e le proprietà, è necessario interagire in qualche modo con esso in modo che le informazioni vengano fuori in qualche forma. Nel processo, le molte possibilità dell'atomo collassano in un unico risultato, che vediamo. Ma è questo crollo la causa dell'effetto Zenone? O è possibile accelerare o rallentare il decadimento di un atomo senza portarlo al collasso in uno stato assoluto?
Zeno contro Antisenon
Tutto questo ci riporta a un esperimento condotto dall'Università di Washington.
Per determinare se la trasmissione di informazioni forzasse l'effetto Zenone o Antiseno, gli scienziati hanno utilizzato un dispositivo che per molti versi si comporta come un atomo con molti stati energetici.
Questo "atomo artificiale" è stato in grado di testare l'ipotesi di come gli stati energetici - modi elettromagnetici - potrebbero influenzare questi effetti.
"Il tasso di decadimento atomico dipende dalla densità dei possibili stati energetici, o modi elettromagnetici, per una data energia", afferma il ricercatore Keiter Merch. “Perché un atomo decada, deve emettere un fotone in uno di questi modi. Più mod significa più modi di decadere, quindi un decadimento più veloce”.
Allo stesso modo, meno mod significa meno opzioni per il decadimento, il che spiega perché una pentola atomica sotto costante supervisione non salderà mai. Merch e il suo team sono stati in grado di manipolare il numero di modalità nel loro atomo artificiale prima di utilizzare misurazioni standard, controllando il suo stato ogni microsecondo e accelerando o rallentando il suo "decadimento".
"Queste misurazioni rappresentano la prima osservazione di due effetti Zeno in un sistema quantistico unificato", afferma Merch.
Per assicurarsi che fosse l'osservazione o l'interferenza a rivelarsi la chiave, gli scienziati hanno realizzato una cosiddetta quasi-misurazione, che crea interferenza senza portare al collasso dello stato atomico. Nessuno sapeva quale sarebbe stato il risultato.
"Ma i dati raccolti durante tutto il giorno hanno costantemente dimostrato che le quasi misurazioni producevano effetti Zeno allo stesso modo delle misurazioni convenzionali", afferma Merch.
Di conseguenza, è la violazione nel processo di misurazione, e non la misurazione diretta in sé, che porta alla comparsa degli effetti Zeno e Antiseno.
Sapendo questo, possiamo applicare nuovi metodi di controllo dei sistemi quantistici utilizzando la dinamica di Zenone.
Cosa significa tutto questo per il gatto del povero Schrödinger?
"L'effetto Zeno dice che se testiamo il gatto, azzereremo l'orologio di decadimento e salveremo la vita del gatto", dice lo scienziato Patrick Harrington. “Ma il trucco è che gli effetti di Zeno riguardano la violazione, non l'informazione, quindi non è nemmeno necessario guardare nella scatola per attivarli. Gli stessi effetti si avranno se agiti la scatola ".
ILYA KHEL
