@ 2015.12.31 , 15:30

新的量子纪录——同时存在的两个原子核

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试着想象一下,一个立在指尖的小球同时也出现在你的肩膀上。你是不是觉得不可思议?我们一般都不敢想象一个物体可以同时出现在两个地方——但是,物理学家已经证明物体可以在半米的距离外受到影响,这打破了之前的记录。

这里有一个“重叠”的例子,就是一个物体能够以两个量子状态同时存在的想法。这个想法持续到一个性质的发现。这个性质使量子波函数分解为两种状态。同样的原则使“薛定谔的猫”在盒子里时同时处于生与死的状态,直到你打开盒盖。

我们通常认为量子力学只适用于亚原子微粒,但是理论中并没有限制它的范围。这就是为什么要进行试验来探究从量子到现实领域的转变。加州斯坦福大学的物理学家马克·卡谢维奇说:“我们都想知道是否存在一种方法,可以使“重叠”变为事物的经典形态。”

据悉,卡谢维奇和他的同事们创造了玻色-爱因斯坦凝聚体(简称BEC),这是一种由10000个铷(rb)原子组成的云状物,都具备相同的原子状态。他们用激光穿射过仅有几毫米的云状物,激光上升到十米高的空间,逐渐将原子分为两种状态。

BEC一到达空间的顶部,它的波函数就是一个以上两种状态的50比50的混合物,表示位置发生了54厘米的移动。BEC有大概1秒钟的时间停留在这种重叠状态,然后回到原样。在底部,激光使两种状态回到一个状态,这就表明似乎原子来自两个不同高度,证实了BEC实际上在空间的顶部处于“重叠”状态。

之前的试验证明的重叠状态有着较小的距离,持续的时间较短——过去的记录仅仅是0.25秒,1厘米。卡谢维奇的研究把重叠状态推广到了人类可见的尺度。“我们的研究真正意义上权威性地形成了更多的的分裂,”他说,“没有人曾经完成过这项任务。”

使云状物分离包含将部分空间的温度降到绝对零度之上,然后马上调节BEC的轨迹来解释说明在实验中的地球自转。德国杜伊斯堡·艾森大学的克劳斯·豪恩伯格说:“他们已经探索出了人类未知的领域。”

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但是这个研究成果可能没有它看上去那么具有突破性。在2013年,豪恩伯格协助设计“古怪刻度”为实验评分,依据的是它们将量子影响延伸到现实世界的深度。豪恩伯格提出,卡谢维奇的工作延伸了距离维度但是在其他方面有所折衷,所以得到了和之前实验一样的分数。这就意味着,把“薛定谔的猫”变成现实还有很长的路要走。

本文译自 newscientist,由译者 一只咸鱼 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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