Учени стигнаха до заключението, че електроните „не знаят“ кога се раждат

Международна група изследователи, включваща специалисти от Китай и Техническия университет във Виена е разработила компютърни симулации, които дават възможност да се наблюдават свръхбързи процеси в света на елементарните частици.

Учените са свикнали да мислят за много квантови събития като за мигновени: един електрон се завърта около ядрото на атом, а в следващия момент е избутан от светкавица. Или пък две частици се сблъскват и мигновено стават квантово заплетени. Сега физиците могат да видят как тези процеси се развиват във времето.

Професор Йоахим Бургдорфер от Института по теоретична физика към Техническия университет във Виена обяснява:

„Когато частиците станат квантово заплетени, те не могат да бъдат описани поотделно. Дори и да се знае състоянието на цялата система от две частици, не е възможно да се направи категорично заключение за състоянието на всяка от тях.“

Според него заплетените частици нямат индивидуални свойства – те имат само общи такива. От математическа гледна точка те са неразривно свързани, дори и да се намират на съвсем различни места.

В хода на експеримента атомите са облъчени със свръхмощни високочестотни лазерни импулси. Под тяхно въздействие един електрон напуснал атома. При достатъчна сила на лъчението вторият електрон също бил засегнат: той преминал на по-високо енергийно ниво и започнал да се върти около ядрото в различна орбита.

Изследователите откриват изненадваща връзка: моментът на „раждане“ на отпадналия електрон – т.е. моментът, в който той напуска атома се оказва квантово заплетен със състоянието на останалия електрон.

Професор Бургдорфер отбелязва един парадоксален факт: самият електрон „не знае“ кога точно е напуснал атома. Той се намира в квантова суперпозиция от различни състояния – сякаш това се е случило едновременно и по-рано, и по-късно.

Основният извод е, че ако останалият електрон е във високоенергийно състояние, свободният електрон най-вероятно е напуснал атома по-рано. Ако енергията на останалия електрон е ниска, то „раждането“ на свободния електрон е станало по-късно – средно след 232 атосекунди. За справка, една атосекунда е една милиардна част от милиардна част от секундата. Въпреки такъв незначителен интервал от време, тези разлики могат не само да се изчислят, но и да се измерят експериментално.

Професор Ива Брезинова, съавтор на изследването, обяснява:

„Електронът не изскача просто така от атома – този процес отнема определено време. Именно по време на тази фаза възниква заплитането, което по-късно може да бъде точно измерено чрез наблюдение на двата електрона.“

Резултатите от изследването са публикувани в списание Physical Review Letters. Сега учените водят преговори с други изследователски групи, които искат да потвърдят експериментално съществуването на това явление.