โดย Ben Turner ผลงานจาก Adam Mann เผยแพร่เมื่อ 21 มีนาคม 2022 เว็บสล็อต ในวัสดุที่ผิดปกติอนุภาคที่กระตุกจะซิปกลับไปที่จุดเริ่มต้นThe weird effect is a result of quantum particles being both waves and particles.
ผลที่แปลกเป็นผลมาจากอนุภาคควอนตัมเป็นทั้งคลื่นและอนุภาค (เครดิตภาพ: เก็ตตี้)
เป็นครั้งแรกที่นักฟิสิกส์ได้ยืนยันปรากฏการณ์ควอนตัมแปลก ๆ ที่อนุภาคเล็ก ๆ เมื่อเขยิบออกจากสถานที่จะหักขวากลับไปที่ที่พวกเขามาจากพฤติกรรมแปลก ๆ ที่เรียกว่าผลควอนตัมบูมเมอแรงได้รับการทํานายมานานกว่า 60 ปี ตอนนี้การทดลองใหม่ที่ตีพิมพ์เมื่อวันที่ 23 กุมภาพันธ์ในวารสาร Physical Review X แสดงให้เห็นว่าผลกระทบเป็นจริง: เมื่ออนุภาคในระบบที่ผิดปกติถูกเตะออกจากตําแหน่งของพวกเขาพวกเขาจะบินหนีไปสั้น ๆ แต่ส่วนใหญ่แทนที่จะลงจอดที่อื่นพวกเขาจะรูดซิปกลับไปที่ตําแหน่งเริ่มต้นผลแปลก ๆ ไม่สามารถอธิบายได้ด้วยฟิสิกส์คลาสสิกที่กําหนด แต่เป็นผลมาจากกฎที่แปลกประหลาดของกลศาสตร์ควอนตัม เมื่ออะตอมมีอยู่ไม่เพียง แต่เป็นอนุภาค แต่พร้อมกันเป็นคลื่นคลื่นเหล่านี้สามารถแทรกแซงซึ่งกันและกันเพิ่มเข้าด้วยกันในบางสถานที่และยกเลิกออกในคนอื่น ๆ ที่จะทําให้เกิดทุกชนิดของพฤติกรรมแปลก ๆ ที่เราคาดไม่ถึงที่จะเห็น
ฟิลิป แอนเดอร์สัน นักฟิสิกส์ทฤษฎีชาวอเมริกันได้วางรากฐานสําหรับการทํานายผลควอนตัมบูมเมอแรงครั้งแรกในปี 1958 ในโลกควอนตัมวัตถุมีพฤติกรรมทั้งเป็นอนุภาคและคลื่นที่ไม่ต่อเนื่องในเวลาเดียวกันด้วยแอมพลิจูดของคลื่นเหล่านี้ในภูมิภาคใด ๆ ของพื้นที่ที่ถูกผูกไว้กับความน่าจะเป็นของการหาอนุภาคที่ตําแหน่งนั้น แอนเดอร์สันตระหนักว่าความผิดปกติหรือการสุ่ม (เช่นข้อบกพร่องแบบสุ่มในโครงสร้างของวัสดุ) สามารถทําให้คลื่นความน่าจะเป็นของอนุภาคยกเลิกตัวเองออกทุกที่ แต่หนึ่งพื้นที่เล็ก ๆ หยั่งรากในสถานที่และไม่สามารถย้ายเปลี่ยนสถานะหรือแบ่งปันพลังงานกับสภาพแวดล้อมอนุภาคจะกลายเป็นภาษาท้องถิ่น แอนเดอร์สันสรุปว่าอิเล็กตรอนของระบบที่ผิดปกติจะกลายเป็นภาษาท้องถิ่นและสิ่งนี้จะเปลี่ยนโลหะจากตัวนําไฟฟ้าเป็นฉนวน (ในตัวนําอนุภาคที่มีประจุมีอิสระที่จะเคลื่อนที่ภายในวัสดุ แต่ได้รับการแก้ไขในสถานที่ในฉนวน)แต่จะเกิดอะไรขึ้นกับอนุภาคที่ถูกบังคับจากตําแหน่งแช่แข็งโดยการกระตุกอย่างฉับพลัน? ในปี 2019 นักฟิสิกส์แนะนําคําตอบ: ผลกระทบจากการรบกวนควอนตัมจะบังคับให้อนุภาคที่แปลเป็นภาษาท้องถิ่นที่หลุดออกมากที่สุดกลับสู่ตําแหน่งเริ่มต้นอย่างเร่งรีบ
เพื่อแสดงให้เห็นถึงผลกระทบนี้ในการทดลองเป็นครั้งแรกนักวิจัยระงับก๊าซที่ประกอบด้วยอะตอมลิเธียม
100,000 อะตอมในกับดักแม่เหล็กก่อนที่จะใช้เลเซอร์เพื่อทําให้เย็นลงภายในเศษส่วนนาโนไม่กี่องศาของศูนย์สัมบูรณ์เปลี่ยนอะตอมเป็นขั้นตอนของสสารที่เรียกว่าคอนเดนเสท Bose-Einstein
โดยการระบายความร้อนของก๊าซให้ใกล้ศูนย์สัมบูรณ์ (ลบ 459.67 องศาฟาเรนไฮต์หรือลบ 273.15 องศาเซลเซียส) นักวิทยาศาสตร์ทําให้อะตอมสูญเสียพลังงานและเข้าสู่สถานะพลังงานเดียวกัน เนื่องจากนักวิจัยสามารถแยกความแตกต่างระหว่างอะตอมที่เหมือนกันในเมฆก๊าซโดยดูที่ระดับพลังงานความเท่าเทียมกันนี้มีผลลึกซึ้ง: เมฆที่ครั้งหนึ่งเคยแตกต่างกันของสั่นกระตุกชนกันอะตอมที่ประกอบขึ้นเป็นก๊าซอุ่นแล้วกลายเป็นจากมุมมองเชิงกลควอนตัมเหมือนกันอย่างสมบูรณ์แบบ
สิ่งนี้จะเปิดประตูสู่เอฟเฟกต์ควอนตัมที่แปลกประหลาดอย่างแท้จริง กฎสําคัญข้อหนึ่งของพฤติกรรมควอนตัมหลักการความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์กระบุว่าเป็นไปไม่ได้ที่จะระบุตําแหน่งและโมเมนตัมของอนุภาคพร้อมกันด้วยความแม่นยําสัมบูรณ์ ถึงกระนั้นตอนนี้อะตอมคอนเดนเสท Bose-Einstein จะไม่เคลื่อนที่อีกต่อไปโมเมนตัมทั้งหมดของพวกเขาเป็นที่รู้จัก สิ่งนี้ทําให้ตําแหน่งของอะตอมกลายเป็นความไม่แน่นอนว่าสถานที่ที่พวกเขาอาจจะครอบครองเติบโตมีขนาดใหญ่ในพื้นที่กว่าช่องว่างระหว่างอะตอมตัวเอง
แทนที่จะเป็นอะตอมที่ไม่ต่อเนื่องอะตอมที่ทับซ้อนกันในลูกคอนเดนเสท Bose-Einstein เลือนทําหน้าที่เป็นอนุภาคยักษ์ตัวเดียว สิ่งนี้ทําให้ Bose-Einstein คอนเดนเสทบางส่วนของ superfluidity ทําให้อนุภาคของพวกเขาไหลได้โดยไม่มีแรงเสียดทานใด ๆ ในความเป็นจริงถ้าคุณสามารถกวนแก้วที่เต็มไปด้วยคอนเดนเสท Bose-Einstein superfluid มันจะไม่หยุดหมุนซึ่งหมายความว่าเมื่อนักวิจัยเขย่าคอนเดนเสทของพวกเขาด้วยลําแสงเลเซอร์ “มันเป็นการเตะรวมกับอะตอมทั้งหมด” ผู้เขียนนํา Roshan Sajjad นักฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียซานตาบาร์บารากล่าวกับ Live Science “เพราะเรามีคอ
เดนเสท พวกเขาทั้งหมดทําหน้าที่เป็นคลื่นลูกเดียว — คลื่นสสารกล้องจุลทรรศน์”ทั้งหมดของนักวิจัย 100,000 อะตอมทําหน้าที่เป็นหนึ่งช่วยให้พวกเขาสามารถติดตามโมเมนตัมที่ให้กับระบบของพวกเขาได้อย่างง่ายดาย หลังจากอยู่ภายใต้คอนเดนเสทอะตอมเป็นชุดของ 25 jolts เลเซอร์, นักวิจัยดูเป็น jolts เริ่มต้นเพิ่มโมเมนตัมของอะตอมในระบบ, ชี้ให้เห็นว่าพวกเขาได้รับการเปลี่ยนสั้น ๆ จากตําแหน่งของพวกเขา. แต่การเพิ่มการกระตุกเพิ่มเติมไม่ได้เพิ่มโมเมนตัมนี้ แต่กลับทําให้โมเมนตัมเฉลี่ยกลับลงมาเป็นศูนย์ อะตอมได้บูมเมอแรงกลับไปที่จุดเริ่มต้นของพวกเขา
