Последните експерименти с неутрони потвърждават странностите на квантовата теория

Последните експерименти с неутрони в Техническия университет във Виена (TU Wien) потвърдиха, че странните свойства на квантовата теория съществуват и не могат да бъдат обяснени с класическите теории. Това значимо откритие е публикувано в списание Physical Review Letters.

Квантовата теория гласи, че обектите могат да се намират в различни състояния по едно и също време, т.е. в суперпозиция. Това означава, че една частица може да се намира на две различни места по едно и също време. Отдавна обаче се води дебат дали поведението на квантовите обекти може да се опише с помощта на по-проста, класическа теория.

През 1985 година е предложена техника за проверка на тази хипотеза – така нареченото „неравенство на Легет-Харг“. Всяка теория, описваща света без квантови състояния на суперпозиция трябва да удовлетворява това неравенство. Ако измерванията покажат нарушение на неравенството, това потвърждава правилността на квантовата теория. За първи път в TU Wien бяха направени измервания с помощта на неутронен сноп и резултатите бяха недвусмислени: неравенството на Легет-Харг е нарушено, което прави невъзможно класическото обяснение.

Реализмът предполага, че обектите притежават определени свойства, които не зависят от наблюдението. Това се отнася за големи, макроскопични обекти, които могат да бъдат измерени без да се променя тяхното състояние. Тези допускания се наричат „макроскопичен реализъм“. Известно е обаче, че квантовата теория нарушава този принцип. Възможни са комбинации от различни състояния, докато не се извърши измерване, което нарушава суперпозицията, принуждавайки частицата да избере една от възможните стойности.

Физиците Антъни Легет и Анупам Гарг предлагат формула за проверка на макроскопичния реализъм. Те изказват хипотезата, че обект, измерен в три различни момента във времето може да има два различни резултата. При макроскопичния реализъм корелациите между резултатите от измерванията не могат да надвишават определено ниво. Ако обаче се следва квантовата теория, тези корелации ще бъдат много по-силни.

За да се провери неравенството е необходим обект, който е едновременно макроскопичен и има квантови свойства. Неутронните лъчи в неутронен интерферометър са идеални за това. При експеримента неутронният сноп се разделя на два частични снопа, които след това отново се обединяват. Квантовата теория твърди, че всеки неутрон преминава по двата пътя едновременно, въпреки че пътищата са разделени само на няколко сантиметра.

Екипът на TU Wien доказа със сложни измервания, че неравенството на Легет-Харг е нарушено. Неутроните се държат по начин, който не може да бъде обяснен от никоя класическа теория. Те наистина се намират на две места едновременно, което опровергава идеята, че неутронът се движи само по един от двата пътя.

Тези резултати потвърждават, че природата наистина е толкова странна, колкото твърди квантовата теория. Нито една класическа макроскопична теория не може да обясни реалността, без да вземе предвид квантовата физика.