Ученые-экспериментаторы подтвердили квантовый характер вращения ядра атома, опровергнув теорию, существовавшую более полувека

Исследователи из Национального университета Сингапура (NUS) и Университета Нового Южного Уэльса (UNSW) в Сиднее продемонстрировали, что вращение атомного ядра обладает свойствами фундаментального квантового ресурса. Это открытие серьезно пересматривает устоявшиеся взгляды на поведение субатомных частиц.

Традиционно считалось, что квантовые характеристики частиц, таких как электроны и протоны, проявляются лишь при воздействии магнита. Однако в состоянии свободного вращения они, казалось, вели себя подобно классическим объектам. Такое представление прочно укрепилось в умах специалистов, работающих с магнитно-резонансной томографией, которым не требовались познания в квантовой механике для анализа результатов.

Профессор Валерио Скарани из физического факультета NUS и научный профессор Андреа Морелло из Инженерной школы UNSW возглавили коллективы учёных, выполнивших более сложные измерения на отдельном атоме, чтобы выявить квантовую природу вращающихся ядер.

Эта идея зародилась у профессора Скарани после знакомства с исследованием российского и израильского математика Бориса Цирельсона, опубликованным около 15 лет назад. Цирельсон изучал вероятности обнаружения объектов в определённых позициях при их периодическом движении. Скарани заинтересовался применением этой модели к одиночным квантовым объектам в процессе их вращения.

Сотрудничество с профессором Морелло из Школы электротехники и телекоммуникаций UNSW позволило воспользоваться необходимыми навыками и высокоточными измерительными приборами для проведения экспериментов, подтвердивших теорию. Команда осуществила вращение спина атомного ядра сурьмы, выполняя семь измерений за каждый цикл, чтобы определить его положительное направление.

По классической теории, вероятность обнаружения направления стрелки вправо равнялась или четырём из семи, или трём из семи. Однако квантовая теория прогнозировала более высокие вероятности в особыми состояниями, которые учёные стремились создать. Эксперимент подтвердил точность этих квантовых предположений, демонстрируя статистически значимое отклонение от классической модели.

Этот шаг стал фундаментальным вкладом в науку. Он оспаривает прежние убеждения, что нельзя установить квантовый характер ядерного спина через наблюдение прецессии в магнитном поле. Учёные доказали, что это возможно, привлекая особые типы ядерных спинов в специфические квантовые состояния и применяя сложные методы их наблюдения.

Хотя прямые применения такого открытия пока не очевидны, оно может послужить эффективным инструментом в подтверждении наличия специальных квантовых состояний, таких как «состояния кота Шрёдингера», являющиеся значимыми квантовыми ресурсами в области квантовых вычислений.

Источник: iXBT