Китайские физики экспериментально проверили мысленный опыт Альберта Эйнштейна почти столетней давности. Результаты подтвердили принцип дополнительности Нильса Бора, который лежит в основе квантовой механики, пишет Phys.

Ученые из Китайского университета науки и технологий под руководством Цзянь-Вэй Пана реализовали эксперимент, предложенный Эйнштейном в 1927 году. Он имел целью выявить противоречие в принципе дополнительности, согласно которому некоторые свойства квантовых частиц невозможно измерить одновременно.

Дискуссия между Эйнштейном и Бором была одной из ключевых в становлении квантовой механики. Во время Сольвеевской конференции в Брюсселе Эйнштейн заявил: "Бог не играет в кости с Вселенной", настаивая на неполноте квантовой теории.

[see_also ids="663880"]

Эйнштейн предложил вариацию эксперимента с двумя щелями, дополнив его движущейся единичной щелью, чувствительной к импульсу частиц. По его мнению, это позволяло одновременно зафиксировать корпускулярные и волновые свойства, что противоречило бы позиции Бора.

Бор возражал, утверждая, что точное измерение импульса неизбежно приведет к неопределенности положения. Это, по его аргументу, должно разрушить интерференционную картину, что и предполагает принцип неопределенности Гейзенберга.

В современном эксперименте роль частицы выполнял фотон, а "щелью" стал отдельный атом рубидия, зафиксированный оптическим пинцетом. Импульсы фотона и атома были квантово запутаны, что позволило контролировать степень неопределенности.

[see_also ids="660273"]

Изменяя глубину ловушки оптического пинцета, исследователи регулировали импульсную неопределенность атома. Это непосредственно влияло на четкость интерференционных полос, как и предсказывал Бор.

Одной из технических проблем было нагревание атома из-за дрейфа лазерной частоты. Команда скорректировала этот эффект с помощью рамановской спектроскопии в режиме реального времени, определяя остаточную температуру атома.

В журнале Physical Review Letters авторы отмечают, что "видимость интерференции Эйнштейна-Бора определяется степенью квантовой запутанности" между фотоном и щелью. Они также исследовали границу между квантовым и классическим режимами движения атома.

Несмотря на то, что принцип дополнительности уже неоднократно подтверждали, воплощение воображаемого эксперимента в реальность имеет большую научную ценность. В дальнейшем исследователи планируют глубже изучить квантовую запутанность с помощью метода томографии. Также команда хочет постепенно увеличивать массу "щели", чтобы понять, как взаимодействуют процессы запутанности и угасания квантовых свойств.

Ранее физики Массачусетского технологического института также воссоздали опыт с двойной щелью, использовав вместо нее массив из 10 тысяч охлажденных атомов. Тогда эксперимент доказал, что свет невозможно наблюдать как волну и частицу одновременно, что подтверждает правоту Нильса Бора в его давнем споре с Эйнштейном.