Ученые экспериментально подтвердили квантовый эффект Зенона в атомном масштабе

Ученые из лаборатории ультрахолодной атомной физики с экспериментальной установкой.

Фотография: Ultracold Lab of Mukund Vengalattore, Cornell University

Группа ученых из Корнелльского университета экспериментально доказала квантовый эффект Зенона путем прямого измерения пространственного положения атомов. Исследователи показали, что охлажденные практически до абсолютного нуля атомы газа рубидия при наличии эффекта наблюдения лишаются способности к туннелированию. Результаты работы группа опубликовала в двух статьях в Physical Review Letters и Physical Review A.

Исследователи поместили в вакуумной камере между пересекающимися лазерными лучами приблизительно миллиард ультрахолодных атомов рубидия-87. В подобных условиях атомы газа выстраиваются в упорядоченные решетки, напоминающие кристаллические у твердых веществ. Соотношение неопределенности Гейзенберга устанавливает взаимосвязь между положением и скоростью частицы. Скорость частиц практически равна нулю, поскольку в эксперименте температура близка к абсолютному нулю. Охлажденные до низкой температуры атомы газа способны туннелировать по образовавшейся решетке.

Исследователи показали, что квантовое туннелирование атомов может быть подавлено с помощью наблюдения за положением атомов. Этот эффект называется квантовым эффектом Зенона и в целом формулируется как «время перехода из метастабильного квантового состояния некоторой системы с дискретным спектром зависит от частоты измерения ее состояния».

Для достижения этого эффекта ученые облучали газ с помощью лазера, вызывающего флуоресценцию атомов, которая фиксировалась с помощью микроскопа. В случае, когда возбуждающий флуоресценцию лазер выключен или обладает малой интенсивностью, в системе наблюдается туннелирование, однако при повышении интенсивности туннелирование резко снижается. Авторы называют такой переход эффектом «возникающей классичности», когда квантовые системы перестают быть таковыми и начинают вести себя согласно представлениям классической физики.

Впервые квантовый эффект Зенона предсказан в 1954 году Аланом Тьюрингом, затем в 1957 году советским физиком Леонидом Халфиным, а окончательно описан и назван лишь в 1978 американскими физиками Мизрой и Сударшаном. Первое экспериментальное подтверждение эффекта в субатомном масштабе было получено в 1989 году группой американских ученых, которые наблюдали за вероятностью перехода электрона между атомными уровнями у 9Be+. В данной работе показано первое экспериментальное подтверждение эффекта путем прямого измерения положения объектов атомных размеров.

Евгений Анохин

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.