Lo strano movimento dei neutroni dimostra che la natura è fondamentalmente strana: ScienceAlert

Su scala più piccola, la nostra visione intuitiva della realtà non è più applicabile. È come se la fisica fosse fondamentalmente inconcludente, un fatto che diventa più difficile da ignorare quanto più ci avviciniamo alle particelle che dividono il nostro universo in pixel.

Per capirlo meglio, i fisici dovevano essere creativi Un quadro completamente nuovo La teoria quantistica è una teoria basata sulla probabilità, non sulla certezza. Questa è la teoria quantistica e descrive tutti i tipi di fenomeni, dall’entanglement alla sovrapposizione.

Ma nonostante un secolo di esperimenti che hanno dimostrato quanto sia utile la teoria quantistica per spiegare ciò che vediamo, è difficile scrollarsi di dosso la nostra visione “classica” secondo cui gli elementi costitutivi dell’universo sono componenti affidabili del tempo e dello spazio. Anche allora, non possiamo immaginare che la teoria quantistica sia utile per spiegare ciò che vediamo. Einstein fu costretto Chiedere a un collega fisico: “Pensi davvero che la luna non esista quando non la guardi?”

Molti fisici si chiedono da decenni se esista un modo in cui la fisica che usiamo per descrivere gli esperimenti macroscopici possa essere utilizzata per spiegare tutta la fisica quantistica.

Un nuovo studio ha anche scoperto che la risposta è un grande “no”.

Nello specifico, i neutroni vengono sparati in un raggio Interferometro di neutroni Può esistere in due posti contemporaneamente, cosa impossibile nella fisica classica.

Il test si basa su un’asserzione matematica chiamata Disuguaglianza nel teorema di Leggett-Garg, che stabilisce che il sistema si trova sempre in uno dei due stati a sua disposizione. In sostanza, il gatto di Schrödinger è vivo o morto e siamo in grado di determinare in quale stato si trova senza che le nostre misurazioni abbiano un impatto sul risultato.

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I grandi sistemi – quelli che possiamo comprendere in modo affidabile utilizzando solo la fisica classica – obbediscono alla disuguaglianza di Leggett-Garg. Ma i sistemi nel mondo quantistico lo violano. Il gatto è vivo e morto allo stesso tempo, il che è un’analogia con la sovrapposizione quantistica.

“L’idea alla base di questo è simile a quella più famosa Disuguaglianza di Bell“, per il quale è stato assegnato il Premio Nobel per la fisica nel 2022,” dice la fisica Elizabeth Kreuzgruber Dall’Università della Tecnologia di Vienna.

“Tuttavia, la disuguaglianza di Bell riguarda la questione di quanto fortemente il comportamento di una particella sia correlato a quello di un’altra particella entangled in un contesto quantistico. La disuguaglianza di Leggett-Garg riguarda solo un oggetto e pone la domanda: in che modo il suo stato in specifici momenti nel tempo è correlato al stato dello stesso oggetto in altri momenti specifici nel tempo?” “

L’interferometria neutronica prevede il lancio di un fascio di neutroni su un bersaglio. Mentre il pacchetto viaggia attraverso il dispositivo, si divide in due parti, ciascuna estremità del pacchetto prende percorsi separati per essere riassemblata in seguito.

Il teorema di Leggett e Garg afferma che una misurazione su un sistema binario semplice può effettivamente dare due risultati. Se lo misuri di nuovo in futuro, questi risultati saranno correlati, ma solo fino a un certo punto.

Un diagramma dell’esperimento che mostra il fascio di neutroni diviso a metà prima di essere ricombinato. (Università della Tecnologia di Vienna)

Per i sistemi quantistici il teorema di Leggett e Garg non si applica più, consentendo correlazioni al di sopra di questa soglia. In effetti, ciò fornirebbe ai ricercatori un modo per distinguere se un sistema necessita della teoria quantistica per comprenderlo.

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“Tuttavia, non è facile indagare sperimentalmente questo problema”, dice il fisico Richard Wagner Dall’Università della Tecnologia di Vienna. “Se vogliamo testare il realismo macroscopico, abbiamo bisogno di un oggetto che sia macroscopico in un certo senso, cioè che le sue dimensioni siano simili a quelle dei nostri oggetti quotidiani.”

Per raggiungere questo obiettivo, la distanza tra le due parti del fascio di neutroni nell’interferometro è su una scala maggiore di quella quantistica.

“La teoria quantistica dice che ogni neutrone viaggia su entrambi i percorsi contemporaneamente.” Dice il fisico Niels Gerrits Dall’Università della Tecnologia di Vienna. “Tuttavia, i due raggi parziali sono distanti diversi centimetri. In un certo senso, abbiamo a che fare con un oggetto quantistico che è massiccio per gli standard quantistici.”

Utilizzando diversi metodi di misurazione, i ricercatori hanno esaminato i fasci di neutroni in momenti diversi. In effetti, le misurazioni erano troppo strettamente interconnesse per applicare le regole classiche alla realtà complessiva. Le loro misurazioni indicano che i neutroni viaggiavano effettivamente simultaneamente su due percorsi separati, distanti diversi centimetri.

È solo l’ultima versione Una lunga serie di esperimenti di Liggett-Garg Ciò dimostra che in realtà abbiamo bisogno della teoria quantistica per descrivere l’universo in cui viviamo.

“Il nostro esperimento dimostra che la natura è davvero strana come afferma la teoria quantistica”. dice il fisico Stefan Sponar Dall’Università della Tecnologia di Vienna. “Non importa quale teoria classica realistica ti venga in mente: non sarà mai in grado di spiegare la realtà. Non funziona senza la fisica quantistica.”

La ricerca è stata pubblicata in Lettere di revisione del materiale.

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