كشف سر ميكانيكا الكم

ثبت Dekoh renztheorie تجريبيا في أساسياتهم

قراءة بصوت عال

في عالم ميكانيكا الكم على مستوى الذرات والعديد من الجزيئات الصغيرة ، هناك تأثيرات تتناقض تمامًا مع عالم التجربة اليومية. يوصف الانتقال بين العالمين بما يسمى Dekoh renztheorie. لأول مرة تمكن عالم فيزيائي ألماني من إثبات صحتها الأساسية في التجارب.

{} 1L

ميكانيكا الكم هي نظرية فيزيائية تصف كيف تتصرف المادة على مستوى الذرات ومكوناتها الأصغر. تم تطويره بشكل رئيسي في العشرينات من القرن العشرين. لا شك أن العمليات ذات الأبعاد المجهرية الصغيرة يمكن وصفها بشكل ممتاز والتنبؤ بها بواسطة ميكانيكا الكم. لكن التجربة اليومية ، أي سلوك الأجسام العيانية وبالتالي الفيزياء الكلاسيكية ، تتناقض مع الظواهر الميكانيكية الكمومية.

ميت او حيا؟

"لقد لاحظ العلماء في وقت مبكر التناقضات بين ميكانيكا الكم والخبرة العملية. يوضح هذا الفيزيائي بيتر سونيناج من توبنغن أن هذا يُظهِر تجربة التفكير المعروفة لقطط شرودنجر ، والتي يمكن أن تكون حية ومميتة على حد سواء في ميكانيكا الكم. لكن هذا التناقض في تجربة شرودنجر الفكرية يمكن حله من خلال فك الارتباط.

ل decoherence يصف ظهور الخصائص الكلاسيكية - العالم الذي توجد فيه دول محددة مثل "الميت" و "الحية" - من نظام الكم. "الهدف من نظرية فك الارتباط ، الذي تم البحث فيه منذ 30 عامًا ، هو توضيح كيفية ظهور الظواهر الكلاسيكية ، متى يجب تطبيق قوانين الميكانيكا الكمومية في كل مكان" ، يوضح بيتر Sonnentag. لقد أثبت الآن صحة نظرية فك الارتباط مع مثال للإلكترون. عرض

الإلكترون تجربة

لقد أظهر أولاً أن الإلكترون المعزول تمامًا عن البيئة ، أي ، لا يتفاعل معها ، يتصرف وفقًا لميكانيكا الكم. "هناك طريقتان يمكن للإلكترون تشغيلهما فيه. توضح ميكانيكا الكم أن الإلكترون ، مثل الموجة ، يتخذ كلا الاتجاهين في نفس الوقت. يقول Sonnentag: "إن الإلكترون في حالة تراكب مماثلة لقطط شرودنجر". في هذه الحالة ، يحدث التداخل على الشاشة حيث يلتقي المساران مرة أخرى. "يمكن مقارنة ذلك بسطح الماء ، حيث تسقط قطرات الماء في مكانين. هذا يخلق موجات تنتشر.

اعتمادًا على كيفية تلبية قمم الموجة وأحواض الموجة ، هناك زيادة أو إضعاف. تعرض الشاشة نمطًا مقلمًا - يتحدث الفيزيائيون عن التداخل. نظرًا لأن لدينا فقط إلكترون واحد في مقياس التداخل ، لا يمكن تفسير مخطط الشريط الناتج إلا بافتراض أن الإلكترون يأخذ كلا المسارين في نفس الوقت. "

التفاعلات التحقيق

وفقًا لاقتراح الفيزيائيين النظريين جيمس ر. أنجلين ووجيتش هـ. زوريك ، يتم إنشاء خصائص الجسيمات الكلاسيكية للإلكترون في التجربة الحالية بتمرير مساري الإلكترون عبر صفيحة ذات مقاومة كهربائية عالية والتفاعل مع هذه "البيئة". ينتج الإلكترون المشحون سالبًا والذي يطير عبر اللوحة شحنة موجبة على سطحه تتحرك مع الإلكترون. هناك التيارات في اللوحة التي تواجه المقاومة وتسخين اللوحة محليا. "إذا كان المساران اللذان يمكن أن يسلكهما الإلكترون منفصلان جيدًا عن بعضهما البعض ، فيمكنك من حيث المبدأ تحديد مكان تسخين اللوحة قليلاً - عندها ستعرف مسار الإلكترون" ، يوضح Sonnentag. لكن في حالة توفر معلومات المسار ، يختفي التداخل - ثم تظهر الخصائص الكلاسيكية للإلكترون.

بينما يكتب أنجلين وزورك في اقتراحهما ، فإن تراكم الحرارة في اللوحة يعني اضطراب "غاز الإلكترون" واهتزازات الذرات الشبكية. وفقًا لميكانيكا الكم ، لا يحتاج Sonnentag في تجاربه إلى قياس الاحترار أو الاضطرابات في اللوحة مباشرة ، وهو ما يكفي أن المعلومات حول الطريقة التي تم اتخاذها كانت متاحة أساسًا غير. interaction إن تفاعل الإلكترون مع اللوحة يخلق حالة مشوشة. إذا أخذنا في الاعتبار النظام بأكمله ، الذي يتكون من الإلكترون والبيئة ، فإن ميكانيكا الكم ما زالت تنطبق على وصفه. ومع ذلك ، يبدو أن النظام الفرعي للإلكترون وحده ، إذا حدث تفكك كامل ، يتصرف وكأنه جسيم كلاسيكي ، "يقول Sonnentag.

من أجل الحصول على أكبر قدر ممكن من فك الارتباط ، اختار في أطروحته الدكتوراه كمادة لوحة بسبب مقاومته الكهربائية العالية ، أشباه الموصلات ، لوحة السيليكون مخدر بالفوسفور. في التجربة ، يتم قياس قوة فك الارتباط كدالة من كميتين ، ارتفاع الإلكترونات فوق اللوحة والمسافة بين المسارين. يكون فك الارتباط أقوى ، كلما اقتربت الإلكترونات من الصفيحة وأبعدت المسارات عن اللوحة. تنعكس القوة المتزايدة للترابط في انخفاض التباين في هامش التداخل. بهذه الطريقة يحصل المرء مباشرة على صور الانتقال من ميكانيكا الكم إلى الفيزياء الكلاسيكية. هذا التحول لا يحدث فجأة ، ولكن تدريجيا.

تؤكد هذه التجربة أن الأفكار الأساسية لنظرية فك الارتباط صحيحة ، وتُظهر لأول مرة في الصور الانتقال المستمر من السلوك الكمومي إلى السلوك الكلاسيكي. لا يرى حاليًا تطبيقًا فوريًا لبحثه ، وفقًا للعالم ، ولكن فهم فك الارتباط مهم ليس فقط للمشاكل الأساسية لميكانيكا الكم ، ولكن أيضًا للتطبيقات. على سبيل المثال ، لتحقيق الكمبيوتر الكمومي ، والذي قد يكون أقوى بكثير من الكمبيوتر الكلاسيكي: إحدى العقبات التي تعترض بناء الكمبيوتر الكمومي هي في هذه الحالة غير المرغوب فيها يفسر ظهور Dekoh renz بيتر Sonnentag.

(idw - جامعة Eberhard Karls T bingen ، 21.05.2007 - AHE)