Fisikawan menemukan celah dalam prinsip ketidakpastian Heisenberg tanpa merusaknya
Fisikawan telah mengukur momentum dan posisi partikel tanpa melanggar prinsip ketidakpastian ikon Heisenberg.
Di dalam mekanika kuantumpartikel tidak memiliki sifat tetap seperti yang dilakukan objek sehari -hari. Sebaliknya, mereka ada dalam kabut kemungkinan sampai mereka diukur. Dan ketika sifat -sifat tertentu diukur, yang lain menjadi tidak pasti. Menurut ketidakpastian Heisenberg, tidak mungkin untuk mengetahui posisi tepat partikel Dan Momentum yang tepat pada saat yang sama.
“Anda tidak bisa melanggar prinsip ketidakpastian Heisenberg,” Christophe Valahuseorang fisikawan di University of Sydney dan penulis utama penelitian ini, mengatakan kepada Live Science. “Apa yang kami lakukan adalah menggeser ketidakpastian. Kami membuang beberapa informasi yang tidak kami butuhkan, sehingga kami dapat mengukur apa yang kami pedulikan dengan presisi yang jauh lebih besar.”
Trik untuk Valahu dan timnya adalah, alih -alih mengukur momentum dan posisi secara langsung, untuk mengukur momentum modular dan posisi modular – yang menangkap pergeseran relatif dari jumlah ini dalam skala tetap, daripada nilai absolutnya.
“Bayangkan kamu memiliki penguasa. Jika kamu hanya mengukur posisi sesuatu, kamu akan membaca berapa sentimeter, dan kemudian berapa milimeter melewati itu.” Kata Valahu. “Tapi dalam pengukuran modular, kamu tidak peduli sentimeter mana yang kamu ikuti. Kamu hanya peduli berapa milimeter kamu dari tanda terakhir. Kamu membuang keseluruhan lokasi dan hanya melacak shift kecil.”
Valahu mengatakan pengukuran semacam ini penting dalam skenario penginderaan kuantum karena tujuannya sering untuk mendeteksi pergeseran kecil yang disebabkan oleh kekuatan atau bidang yang samar. Penginderaan kuantum digunakan untuk mengambil sinyal yang sering dilewatkan oleh instrumen biasa. Tingkat ketepatan itu suatu hari nanti bisa membuat alat navigasi kami lebih dapat diandalkan dan jam kami bahkan lebih akurat.
Di laboratorium, tim beralih ke satu ion yang terperangkap – satu -satunya atom yang diisi di tempat Medan elektromagnetik. Mereka menggunakan laser yang disetel untuk membujuk ion ke dalam pola kuantum yang disebut keadaan kisi.
Dalam keadaan grid, fungsi gelombang ion tersebar ke dalam serangkaian puncak yang berjarak merata, seperti tanda pada penguasa. Ketidakpastian terkonsentrasi di ruang antara tanda. Para peneliti menggunakan puncak sebagai titik referensi: ketika kekuatan kecil mendorong ion, seluruh pola grid sedikit bergeser. Pergeseran kecil dari puncak muncul sebagai perubahan posisi, sedangkan kemiringan dalam pola grid mencerminkan perubahan momentum. Karena pengukuran hanya peduli dengan pergeseran relatif terhadap puncak, baik perubahan posisi dan momentum dapat dibacakan pada saat yang sama.
Di situlah kekuatan masuk. Dalam fisika, kekuatan adalah apa yang menyebabkan momentum berubah dari waktu ke waktu dan posisi untuk bergeser. Dengan menyaksikan bagaimana pola grid bergerak, para peneliti mengukur dorongan kecil yang bertindak pada ion.
Kekuatan sekitar 10 Yoconewtons (10-23 Newton) bukanlah rekor dunia. “Orang -orang telah mengalahkan ini dengan dua kali lipat, tetapi mereka menggunakan kristal besar dalam eksperimen yang sangat besar dan mahal.” Valahu memberi tahu Live Science. “Alasan kami bersemangat adalah karena kami bisa mendapatkan sensitivitas yang sangat baik menggunakan satu atom dalam jebakan yang tidak kompleks, dan agak terukur.”
Meskipun kekuatan yang dicapai bukan yang terendah, itu membuktikan bahwa para ilmuwan bisa mendapatkan sensitivitas yang sangat ekstrem dari pengaturan yang sangat mendasar. Kemampuan untuk merasakan perubahan kecil memiliki implikasi luas di seluruh sains dan teknologi. Sensor kuantum yang sangat tepat dapat meningkatkan navigasi di tempat-tempat di mana GPS tidak mencapai, seperti bawah air, bawah tanah, atau di luar angkasa. Ini juga dapat meningkatkan pencitraan biologis dan medis.
“Sama seperti jam atom yang merevolusi navigasi dan telekomunikasi, sensor yang ditingkatkan kuantum dengan sensitivitas ekstrem dapat membuka pintu bagi industri yang sama sekali baru,” kata Valahu dalam a penyataan.
