Fizicienii Descoperă o Portiță în Principiul Incertitudinii al lui Heisenberg fără a-l Încălca

Folosind un instrument cunoscut sub numele de grilă cuantică, oamenii de știință au identificat o metodă ingenioasă de a măsura simultan impulsul și poziția unei particule, respectând în același timp principiul incertitudinii formulat de Heisenberg.

În mecanica cuantică, particulele nu au proprietăți fixe așa cum au obiectele din viața de zi cu zi. În schimb, ele există într-o stare de posibilități multiple până când sunt măsurate. Și atunci când anumite proprietăți sunt măsurate, altele devin incerte. Conform principiului incertitudinii al lui Heisenberg, nu este posibil să cunoști simultan poziția exactă și impulsul exact al unei particule.

Totuși, un studiu recent a arătat o metodă ingenioasă de a ocoli această restricție. Fizicienii din Australia au demonstrat că, concentrându-se pe diferite cantități, cunoscute sub numele de observabile modulare, pot măsura simultan poziția și impulsul.

“Nu poți încălca principiul incertitudinii al lui Heisenberg,” a declarat Christophe Valahu, fizician la Universitatea din Sydney și autor principal al studiului, pentru Live Science. “Ceea ce facem este să mutăm incertitudinea. Renunțăm la unele informații de care nu avem nevoie, astfel încât să putem măsura cu mult mai mare precizie ceea ce ne interesează.”

Trucul folosit de Valahu și echipa sa a fost să măsoare, în loc de impuls și poziție direct, impulsul modular și poziția modulară — care captează schimbările relative ale acestor cantități în cadrul unei scale fixe, nu valorile lor absolute.

“Imaginează-ți că ai o riglă. Dacă măsori doar poziția unui obiect, ai citi câți centimetri sunt, și apoi câți milimetri în plus,” a explicat Valahu. “Dar într-o măsurătoare modulară, nu contează în ce centimetru te afli. Contează doar câți milimetri ești de ultima marcă. Renunți la locația generală și păstrezi doar urmărirea micilor schimbări.”

Valahu a menționat că acest tip de măsurare este important în scenariile de senzori cuantici, deoarece obiectivul este adesea detectarea schimbărilor minuscule provocate de forțe sau câmpuri slabe. Senzorii cuantici sunt folosiți pentru a capta semnale pe care instrumentele obișnuite le ratează adesea. Acest nivel de precizie ar putea face într-o zi instrumentele noastre de navigație mai fiabile și ceasurile noastre și mai precise.

În laborator, echipa a utilizat un ion unic capturat — un atom încărcat electric ținut în loc de câmpuri electromagnetice. Au folosit lasere ajustate pentru a determina ionul să adopte un model cuantic numit stare de grilă.

Într-o stare de grilă, funcția de undă a ionului este împrăștiată într-o serie de vârfuri spațiate uniform, asemenea diviziunilor de pe o riglă. Incertitudinea este concentrată în spațiile dintre aceste vârfuri. Cercetătorii au folosit vârfurile ca puncte de referință: când o forță mică împinge ionul, întregul model de grilă se deplasează ușor lateral.