Quantum Deeltjes Nemen De Meest Gereiste Weg

{h1}

Voor het eerst hebben natuurkundigen een vergelijking gebruikt om het pad in kaart te brengen dat quantumdeeltjes het meest waarschijnlijk zullen nemen wanneer ze van de ene kwantumtoestand naar de andere gaan.

Voor het eerst hebben natuurkundigen het pad in kaart gebracht dat deeltjes het meest waarschijnlijk zullen volgen wanneer ze van de ene kwantumtoestand naar de andere gaan.

In de fysica beschrijft een concept dat de 'weg van de minste actie' wordt genoemd, het traject dat een object het meest waarschijnlijk zal volgen, vergelijkbaar met het vertrouwde concept van het 'pad van de minste weerstand'. Een geworpen voetbal bijvoorbeeld volgt een parabolische boog door de lucht in plaats van weg te draaien in gekke lussen of zigzaglijnen. Dat komt omdat een paraboolpad minder "acties" vereist dan een lusvormig of zigzagpad.

Natuurkundigen wisten echter niet of kwantumdeeltjes, zoals elektronen, neutrino's of fotonen, dezelfde regel volgen. Veel van de klassieke regels van de natuurkunde lijken niet op deze kleine deeltjes van toepassing te zijn. In plaats daarvan worden ze beheerst door de rare regels van de kwantummechanica die zelfs Einstein 'spookachtig' noemde. [Wacky Physics: de coolste kleine deeltjes in de natuur]

Kwantumdeeltjes kunnen voorkomen in toestanden waarin ze zich op meerdere plaatsen tegelijk bevinden - een fenomeen dat superpositie wordt genoemd. Een wiskundige vergelijking genaamd een golffunctie beschrijft de vele mogelijke locaties waar een kwantumdeeltje tegelijkertijd zou kunnen bestaan. Maar zodra iemand de locatie of de snelheid van een van deze deeltjes probeert te meten, stort de golffunctie in elkaar en verschijnt het deeltje op slechts één plek, terugvalt onder de wetten van de conventionele natuurkunde.

Dit maakt het bestuderen van kwantumdeeltjes uiterst moeilijk, omdat het moment dat wetenschappers beginnen te onderzoeken, de quantumtoestanden van de deeltjes instorten. Natuurkundigen hebben echter een manier ontwikkeld om de maffe kwantumwereld te isoleren en er op een niet-invasieve manier naar te kijken; hierdoor kunnen ze het pad in kaart brengen dat deeltjes het meest waarschijnlijk zullen volgen wanneer ze van de ene naar de andere toestand gaan.

"Het is een grote doorbraak in termen van het kunnen volgen van kwantumsystemen," vertelde Andrew Jordan, een fysicus aan de Universiteit van Rochester, die aan de oorspronkelijke theorie werkte, aan WordsSideKick.com. "We krabben alleen maar de oppervlakte van de soorten fysica die hier zijn toegestaan."

Jordan ontwikkelde de theorie en bracht het idee naar experimentele natuurkundigen van de University of California, Berkeley en Washington University in St. Louis, die hielpen bij het ontwerpen van een experiment om het te testen. Kater Murch, een professor in de natuurkunde aan de universiteit van Washington, schetste mogelijke paden die de deeltjes zouden kunnen nemen en poliseerde vervolgens het onderzoeksteam om te zien welk pad zij dachten dat het experiment hoogstwaarschijnlijk zou onthullen.

"We zijn allemaal experts, maar niemand was het daarmee eens", vertelde Murch WordsSideKick.com. "We hadden geen idee hoe de ene kwantumstaat de andere bereikt."

Het supergeleidende circuit werkt als een kunstmatig atoom. Het apparaat moet slechts een paar graden boven het absolute nulpunt worden gehouden, zodat de warmte niet interfereert met de microgolven die door het apparaat stromen.

Het supergeleidende circuit werkt als een kunstmatig atoom. Het apparaat moet slechts een paar graden boven het absolute nulpunt worden gehouden, zodat de warmte niet interfereert met de microgolven die door het apparaat stromen.

Krediet: foto's van Joe Angeles / WUSTL

Het team gebruikte een supergeleidend kwantumapparaat, in wezen een circuit in een doos gemaakt van koper, legde Murch uit. Het systeem is gemodelleerd naar een atoom. Het heeft meerdere quantum-energieniveaus, net als een atoom, en het wordt soms een "kunstmatig atoom" genoemd, zei Murch.

De onderzoekers straalden een stroom microgolfdeeltjes in de doos. Deze deeltjes interageerden met het supergeleidende circuit en werden vervolgens weer naar buiten gereflecteerd. Onderweg eindigden de deeltjes in een grondtoestand (de laagste energietoestand) of een aangeslagen toestand (elke toestand met een hoger energieniveau dan de grondtoestand). Er is een oneindig aantal superposities tussen deze twee toestanden, dus de onderzoekers herhaalden het experiment 1 miljoen keer om het meest voorkomende pad te bepalen.

De resultaten onthulden dat de deeltjes het meest frequent een convexe curve afleggen. De vergelijking is eenvoudig en het is vrij eenvoudig om het pad te berekenen dat de deeltjes het meest waarschijnlijk zullen innemen, zei Jordan.

Murch zei dat de resultaten van het experiment een stap kunnen zijn in de richting van de "heilige graal" van de chemie - het maximaliseren van de efficiëntie van chemische reacties.

"Op het meest basale niveau verandert een chemische reactie kwantumtoestanden van de ene naar de andere," zei Murch. "Inzicht in die route kan chemici helpen om efficiëntere chemische reacties te produceren."

Het onderzoek zou op een dag ook kunnen leiden tot een manier voor natuurkundigen om kwantumsystemen rechtstreeks te beheersen, zei Jordan.

Details van het experiment werden gepubliceerd in het nummer 31 juli van het tijdschrift Nature.

Volg Kelly Dickerson op tjilpen. Volg ons @wordssidekick, Facebook & Google+. Oorspronkelijk artikel op WordsSideKick.com.


Video Supplement: Star Trek New Voyages, 4x01, In Harm's Way, (16:9) Directors Cut, Subtitles.




Onderzoek


Kun Je Een Krachtcentrale Uit Een Zeildoek Maken?
Kun Je Een Krachtcentrale Uit Een Zeildoek Maken?

Een Dozijn Buitengewone Ei-Feiten
Een Dozijn Buitengewone Ei-Feiten

Science Nieuws


Slaapverlamming Is Gekoppeld Aan Stress (En Bovennatuurlijke Overtuigingen)
Slaapverlamming Is Gekoppeld Aan Stress (En Bovennatuurlijke Overtuigingen)

Rat Snake Feiten
Rat Snake Feiten

Alaska Vulkaanuitbarsting Gehoord, Niet Gezien
Alaska Vulkaanuitbarsting Gehoord, Niet Gezien

Vanuit De Ruimte Lijkt Het Oog Van Typhoon Maysak Op Een Zwart Gat (Foto)
Vanuit De Ruimte Lijkt Het Oog Van Typhoon Maysak Op Een Zwart Gat (Foto)

Glutenvrij Gaan Zal Je Niet Helpen Diabetes Te Vermijden
Glutenvrij Gaan Zal Je Niet Helpen Diabetes Te Vermijden

WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com