NRK Meny
Normal

Kvantefysikk-gjennombrudd: Har skilt en partikkel fra dens egenskaper

"Kvante-Filurkatten" er nå en realitet, fysikere har klart å skille et nøytron fra dets egenskaper. – Nok et eksempel på hvor sær kvantefysikken er, og hvilken uendelig evne naturen har til å overraske oss, sier Bjørn Hallvard Samset.

Filurkatten

Det er fortsatt et stykke igjen til noen klarer å skille katt fra flir, men separasjonen nøytroner/magnetisme er nå gjennomført.

Foto: John Tenniel

Filurkatten (Cheshire Cat) fra Alice i Eventyrland beherska et noe usannsynlig triks. Den kunne fordufte, og bare la fliret sitt bli igjen.

Nå har forskere på sett og vis gjenskapt filurkattens triks – de har separert partikler og magnetismen deres.

Kattedyr i kvantefysikk

Det var Jeff Tollaksen ved Champan University som i 2010 tok til orde for at det ville være mulig å skape det han kalte en Kvante-Filurkatt.

Nå har teorien blitt omsatt til praksis, og Tollaksen er en av bidragsyterne til rapporten som er publisert i Nature Communications.

Konseptet med å skille noe fra dets egenskaper – enten det er en katt som skilles fra fliret sitt, en ball som skilles fra rotasjonen sin, eller en partikkel som skilles fra magnetismen sin – virker mildt sagt merkelig.

– Å skille en ting fra egenskapene sine er rart. Tenk deg en radiator som står og varmer et rom. Det blir som om vi hadde flyttet radiatoren til et nytt rom, men latt oppvarmingen bli igjen i det første rommet, sier fysiker Bjørn Hallvard Samset.

For å være i stand til å forstå dette kan det være greit å få en superkjapp repetisjon på noe av det som skiller kvantefysikk fra klassisk fysikk:

Partikler som er bittesmå er ikke lenger klare og veldefinerte. Det er ikke bare vanskelig, men faktisk umulig, å si nøyaktig hvor en partikkel er før vi måler på den.

Det er dette som muliggjør Schrödingers katt-paradokset, som Filurkatt-sammenligninga sannsynligvis er et respektfullt nikk i retning av.

– Varmer på steder den ikke er

– Hvis radiatoren vår var en kvanteradiator, så ville den egentlig befunnet seg i alle rom i huset samtidig - helt til vi så etter. Da ville vi funnet den i et bestemt rom. Så kunne vi latt den stå uforstyrret en stund, sett etter på nytt, og funnet den i et helt annet rom.

Samset forklarer at de tidligere har trodd at når radiatoren befant seg i alle rom samtidig ville den også varme alle rom samtidig. Hvis vi hadde sett etter og funnet den i ett bestemt rom ville den ha varma akkurat dét rommet.

– Det er denne antakelsen de nye resultatene utfordrer. Ikke bare kan radiatoren hoppe rundt - den kan også varme på steder der den ikke er. Eller, på det egentlige partikkelspråket: Vi kan måle en partikkels egenskaper, i dette tilfellet magnetisme, på et sted der vi har sørget for at partikkelen ikke kan være.

– Sprøtt selv etter kvantestandard

For å bevise teorien starta Tobias Denkmayr, hovedforfatter bak rapporten, og resten av forskergruppa opp det Samset kaller et ganske standard kvantefysikkeksperiment.

De sendte en stråle av nøytroner inn i et interferometer – en innretning som splitter strålen og sender den gjennom to forskjellige baner før den samler den igjen – ved Institute Laue-Langevin i Grenoble, Frankrike.

Etter å ha vist fram vanlige kvanteresultater som at partiklene fløy gjennom begge banene samtidig brukte de et magnetfelt for å se til at partiklene bare kunne reise gjennom én av banene. De målte, og sjekket at dette stemte – partiklene fløy bare én vei.

– Men så tok de bort målingen. Partiklene kunne fortsatt bare fly en vei, men siden de ikke ble målt på kunne de få tilbake kvante-egenskapene sine. De satte en annen måler på den andre, tomme banen en som bare kunne se magnetfelt. De fikk et utslag, som om det fløy partikler der likevel, forteller Samset.

Etter runder med kryss-sjekking sto de igjen med følgende konklusjon: Partiklene fløy en vei, mens magnetismen deres fløy begge veiene.

– Sprøtt selv etter kvantestandard, men ikke til å komme unna lenger.

Naturen overrasker

Det er en lang vei fra å separere nøytron og magnetisme til å skille flir fra katt, men Denkmayr sier at det ikke stopper med nøytroner.

– Du kan gjenskape det med en hvilken som helst kvantepartikkel – elektroner, fotoner, protoner. I prinsippet kan du separere et elektrons ladning fra massen, sier han til LiveScience.

Hverdagen til folk flest blir nok ikke forandra av Denkmay og gjengens oppdagelse.

Samset sier at resultatet først og fremst brukbart for presisjonsmålinger innen fysikk, men at det for den delen av befolkningen er spennende nok.

– Jeg tipper at når det nå først er vist at dette er mulig, så er det mange som vil hive seg på bølgen og prøve å måle ting de ikke har fått til før.

– For resten av oss er det nok mest nok et eksempel på hvor sær kvantefysikken er, og hvilken uendelig evne naturen har til å overraske oss.