Специалистам Кембриджского университета удалось то, что раньше считалось невозможным в мире квантовой физики: наблюдать за движением квантовых частиц незаметно для них. Сделать это удалось через измерение их взаимодействия с окружающей средой.

Одной из фундаментальных предпосылок квантовой теории является то, что квантовые объекты могут существовать и как волны, и как частицы, и что они не существуют в каком-либо из этих состояний, пока не будут измерены. Это доказал Эрвин Шредингер в своем известном эксперименте с котом в коробке.

До сих пор эта предпосылка, известная как волновая функция, существовала скорее как математический инструмент, поэтому Дэвид Арвидссон-Шукур вместе со своими коллегами, соавторами опубликованной в журнале Physical Review A статьи, решил разработать метод слежения за «тайными» движениями квантовых частиц.

Основатели современной физики не объяснили, что делает квантовая частица, когда на нее не смотрят. Ученые Кембриджа предположили, что всякая частица, движущаяся в пространстве, будет взаимодействовать со своим окружением. Эти взаимодействия, которые кодируют информацию в частицах, они назвали «метками» частицы. Их можно расшифровать в конце эксперимента, во время измерения частицы.

Исследователи обнаружили, что информация, зашифрованная в частицах, напрямую связана с волновой функцией, которую Шредингер постулировал сто лет назад. Ранее волновая функция считалась абстрактным инструментом вычислений для предсказаний результатов квантовых экспериментов, пишет Phys.org.

«Наш результат наводит на мысль, что волновая функция тесно связана с актуальным состоянием частиц, — говорит Арвидссон-Шукур. — Так что мы смогли исследовать „запретную область“ квантовой механики: отметить путь движения квантовых частиц, который они проходят, пока никто на них не смотрит».

Год назад американским ученым удалось записать на камеру квантовый эффект, иллюстрирующий парадокс кота Шредингера. Вместо кота и синильной кислоты они использовали молекулы йода и лазер, а затем создали голограмму возбужденного состояния и сняли результат на видео.