Neutronernas ofattbart nyfikna resor förklaras av kvantteori i ny vetenskaplig studie

StockholmNyligen utförda tester med neutroner vid TU Wien visade oväntade resultat. Upptäckterna antyder att neutroner inte beter sig enligt klassiska, vardagliga regler. Istället följer de principerna för kvantfysik. Detta bevisades genom ett experiment som testade "Leggett-Garg-olikheten," en teori som introducerades 1985.

Här är några viktiga punkter:

• Kvantteorin möjliggör att objekt kan befinna sig i flera tillstånd samtidigt.
• En partikels position och tillstånd kanske inte är så bestämda som vi tror.
• "Leggett-Garg-olikheten" testar om klassiska förklaringar kan beskriva kvantbeteende.
• Om denna olikhet bryts visar det att klassiska teorier inte kan tillämpas på alla partikelbeteenden.

Kvantteori hävdar att partiklar kan befinna sig i flera tillstånd samtidigt. Detta skiljer sig från klassisk fysik, som menar att objekt har bestämda egenskaper, som en fast plats och hastighet, oavsett om vi observerar dem eller inte.

Forskare vid TU Wien undersökte neutroners beteende med hjälp av en neutroninterferometer. Denna apparat delar upp en neutronstråle i två delar och förenar dem senare igen. Enligt kvantteorin färdas varje neutron längs båda vägarna samtidigt. Dessa vägar kan vara flera centimeter isär, vilket gör neutronens beteende mycket intressant även i ett större perspektiv.

Leggett-Garg-ojämlikheten undersöker om storskaliga objekt beter sig enligt klassisk fysik. Enligt klassisk fysik finns det vissa gränser för hur starka korrelationerna mellan mätningar över tid kan vara. Om mätningar vid tre olika tidpunkter visar starkare korrelationer än dessa gränser, antyder det att den klassiska fysiken inte gäller. Leggett-Garg-ojämlikheten ger ett sätt att beräkna dessa korrelationer, och medan klassiska teorier borde uppfylla denna regel, kanske kvantteorier inte gör det.

Läs också:

Igår · 23:37

Torka hotar sångfåglarnas överlevnad under flyttningen

I experimentet använde forskarna kristallenheter av kisel för att dela en neutronstråle i två delar. De mätte neutronerna vid tre olika tidpunkter och upptäckte att resultaten inte överensstämde med vad klassisk fysik skulle förutsäga. Neutronerna uppvisade beteenden som klassiska teorier inte kunde förklara.

Detta experiment demonstrerar att kvantfysik ger en bättre förklaring av verkligheten än klassisk fysik. Föremål bestående av kvantpartiklar bör uppvisa kvantegenskaper. Även stora objekt visar kvanteffekter. Till exempel har man observerat att neutroner kan färdas längs två vägar samtidigt. Enligt klassisk fysik borde de följa en enda väg, men kvantteorin visar att de kan dela upp sig och ta flera vägar.

Forskare använde avancerade mätningar för att komma fram till dessa resultat. De ifrågasatte idén att en partikels faktiska tillstånd alltid är dolt eller okänt. Neutronstrålar, som trots att de är större i den kvantmekaniska världen, följde fortfarande kvantlagarna. Dessa rön kan inte förklaras med klassisk fysik.

Experimenten vid TU Wien visade att vi behöver kvantfysik för att förstå verkligheten. Traditionella teorier kan inte förklara resultaten. Upptäckterna bekräftar att kvantfysik är avgörande för att korrekt beskriva hur partiklar beter sig.