Acum aproape un secol, fizicienii au teoretizat ce ar trebui să se întâmple în cazul unei căderi libere cu o undă cuantică. Dacă soluția la care au ajuns este greșită, atunci mecanica cuantică și teoria relativității a lui Einstein se contrazic categoric. Până de curând, testarea acestei teorii a fost imposibilă, deoarece nimeni nu reușise să construiască un interferometru capabil să efectueze măsurătorile necesare.
Însă acum, o echipă condusă de Ron Folman, fizician la Universitatea Ben-Gurion din Negev, împreună cu colaboratori din Germania, Marea Britanie și SUA, inclusiv laureatul Nobel, Roger Penrose, a reușit să construiască un astfel de dispozitiv. Noua lor invenție, un interferometru, permite unui singur atom să urmeze două traiectorii posibile simultan: una care implică căderea liberă și alta în care atomul este menținut perfect static. Ambele traiectorii se termină în același loc și în același moment, permițând echipei să măsoare ce efect are căderea asupra unei proprietăți ondulatorii a atomului.
De la Galileo încoace, fizicienii știu cum să descrie un obiect în cădere — unde se află, cât de repede se mișcă sau cât de rapid accelerează. Totuși, mecanica cuantică insistă că fiecare obiect este, de asemenea, o undă. „Fiecare particula, fie că este vorba de o mașină, o navă spațială sau un atom, este o undă,” explică Folman. „Tot ce este undă, ca undele mării sau undele sonore, are un ciclu de sus și jos. Iar dacă ești sus sau jos, acest lucru este măsurat de ceva numit fază. Faza te informează dacă te afli la creștetul valului sau la baza lui.”
Natura undulatorie a unui atom se manifestă doar când atomul este aproape imobil, ceea ce se întâmplă doar atunci când este răcit aproape de zero absolut. Mulți ani după ce teoreticienii au examinat prima dată această problemă, astfel de temperaturi nu erau posibile — răcirea atomilor la astfel de temperaturi a devenit fezabilă abia la sfârșitul anilor 1990. „Dar acesta a fost doar începutul călătoriei acestui experiment,” spune Folman.
A doua dificultate este că o fază nu poate fi măsurată singură — ea apare doar când efectuezi o comparație. „Poate fi doar o măsură relativă, efectuată prin divizarea unei singure particule în două traiectorii, și apoi aducând cele două traiectorii împreună,” explică Folman. El a declarat pentru Ars că aceasta este aceeași logică din spatele experimentului cu două fante, unde particulele lansate prin două fante înguste spre un ecran de fundal formează un model de interferență care dezvăluie faza lor.
Măsurarea aceluiași lucru în cădere liberă adaugă un alt nivel de complexitate. „Aruncă o piatră și după un secund este cu 5 metri sub tine,” spune Folman. Întrebarea echipei a fost cum să aducă un pachet de unde care a căzut în contact cu cel care a rămas în urmă — același atom pe cealaltă traiectorie — astfel încât cele două să interfereze. Găsirea soluției a durat ani de zile, deși în retrospectivă pare destul de evidentă.
Prinderea unei particule în cădere și aducerea ei înapoi la punctul de plecare a fost exclusă. „Chiar dacă ai putea să faci asta cu o pensetă sau o capcană, această acțiune foarte violentă ar crea…
Sursa: Ars Technica
Revista “Ştiinţă şi Tehnică“, cea mai cunoscută şi longevivă publicaţie de popularizare a ştiintelor din România
Leave a Reply