Mekanika kuantum terkenal karena mengatakan bahwa pohon jatuh di sebuah hutan ketika tidak ada orang di sana tidak membuat suara. Mekanika kuantum juga mengatakan bahwa jika ada yang mendengarkan, itu mengganggu dan perubahan pohon. Dan paradoks yang terkenal: bagaimana kita bisa tahu realitas jika kita tidak bisa mengukur tanpa distorsi?

Sebuah tim peneliti internasional, yang dipimpin oleh University of Toronto fisikawan Aephraim Steinberg dari Pusat Informasi dan Quantum Quantum Control, telah menemukan cara untuk melakukan hal itu dengan menerapkan teknik pengukuran modern untuk percobaan interferometer bersejarah dua-celah di mana balok dari bersinar cahaya melalui dua hasil celah dalam pola interferensi pada layar di belakangnya.

Bahwa percobaan yang terkenal, dan 1927 Niels Bohr dan Albert Einstein perdebatan, tampaknya menetapkan bahwa Anda tidak bisa menonton sebuah partikel pergi melalui salah satu dari dua celah tanpa merusak efek interferensi: Anda harus memilih fenomena untuk mencari.

"Pengukuran Quantum telah menjadi gajah filosofis di ruang mekanika kuantum untuk abad yang lalu," kata Steinberg, yang penulis utama Mencermati Trayektori Rata-rata Foton tunggal dalam Dua-celah Interferometer, akan diterbitkan di Science pada tanggal 2 Juni . "Namun, dalam 10 sampai 15 tahun terakhir, teknologi telah mencapai titik di mana percobaan rinci pada sistem kuantum individu benar-benar dapat dilakukan, dengan aplikasi potensial seperti kriptografi kuantum dan komputasi."

Dengan ini percobaan baru, para peneliti telah berhasil untuk pertama kalinya dalam eksperimen merekonstruksi lintasan penuh yang memberikan keterangan tentang bagaimana partikel cahaya bergerak melalui dua celah dan membentuk sebuah pola interferensi. teknik mereka membangun pada teori baru pengukuran lemah yang dikembangkan oleh kelompok Yakir Aharonov di Tel Aviv University. Wiseman Howard Griffith University mengusulkan bahwa mungkin untuk mengukur arah sebuah foton (partikel cahaya) itu bergerak, dikondisikan pada di mana foton ditemukan. Dengan menggabungkan informasi tentang arah foton di titik yang berbeda, orang bisa membangun seluruh aliran yaitu pola. lintasan yang diperlukan untuk layar.

"Dalam penelitian kami, satu sumber-foton baru yang dikembangkan di Institut Nasional untuk Standar dan Teknologi di Colorado digunakan untuk mengirim foton satu per satu ke interferometer yang dibangun di Toronto. Kami kemudian menggunakan kalsit kuarsa, yang berpengaruh pada cahaya yang tergantung pada arah cahaya merambat, untuk mengukur arah sebagai fungsi posisi. lintasan diukur kami konsisten, seperti Wiseman telah diprediksi, dengan interpretasi realistis namun tidak konvensional mekanika kuantum pemikir berpengaruh seperti David Bohm dan Louis de Broglie, "kata Steinberg.

Eksperimen celah ganda asli memainkan peran sentral dalam perkembangan awal mekanika kuantum, memimpin langsung terhadap formulasi Bohr prinsip saling melengkapi. Komplementaritas menyatakan bahwa mengamati perilaku partikel-suka atau gelombang seperti pada percobaan celah ganda tergantung pada jenis pengukuran dibuat: sistem tidak dapat berperilaku baik sebagai partikel dan gelombang secara bersamaan. Steinberg's percobaan baru-baru ini menunjukkan ini tidak harus terjadi: sistem dapat berperilaku sebagai keduanya.

"Dengan menerapkan teknik pengukuran modern untuk percobaan celah ganda bersejarah, kami dapat mengamati lintasan partikel rata-rata mengalami gangguan seperti gelombang, yang merupakan pengamatan pertama dari jenisnya. Hasil ini harus memberikan sumbangan terhadap perdebatan atas berbagai interpretasi dari teori kuantum, "kata Steinberg. "Ini menunjukkan bahwa pertanyaan-pertanyaan lama diabaikan tentang berbagai jenis pengukuran mungkin dalam mekanika kuantum akhirnya dapat diatasi di laboratorium, dan pengukuran lemah seperti jenis kita gunakan dalam pekerjaan ini dapat terbukti penting dalam mempelajari segala macam fenomena baru.

"Tapi kebanyakan, kita semua hanya senang untuk bisa melihat, dalam arti, apa foton tidak seperti melewati suatu interferometer, sesuatu yang semua buku-buku pelajaran kami dan profesor selalu mengatakan kepada kami itu tidak mungkin."

mitra penelitian meliputi Universitas Toronto Pusat Quantum Informasi dan Quantum Kontrol, Departemen Fisika dan Institute for Optical Sciences, Institut Nasional Standar dan Teknologi di Boulder, Colorado, Institute for Quantum Computing di University of Waterloo, Griffith University, Australia, dan Laboratoire Charles Fabry di Orsay, Perancis. Penelitian ini didanai oleh Ilmu Pengetahuan Alam dan Teknik Research Council of Canada, Kanada Institute for Advanced Research, dan Quantum Pekerjaan.

Sumber: Cerita di atas dicetak (dengan adaptasi editorial oleh staf harian Ilmu Pengetahuan) dari bahan-bahan yang disediakan oleh Universitas Toronto , melalui EurekAlert! , sebuah layanan AAAS.

Referensi Jurnal:

1. Sacha Kocsis, Boris Braverman, Sylvain Ravets, Martin J. Stevens, Richard P. Mirin, L. Krister Shalm, Aephraim M. Steinberg. Observing the Average Trajectories of Single Photons in a Two-Slit Interferometer. Science, 2011; 332 (6034): 1170-1173 DOI: 10.1126/science.1202218

para ilmuwan di Imperial College London telah membuat pengukuran yang paling akurat namun dari bentuk elektron, menemukan bahwa hampir berbentuk bola sempurna, dalam sebuah penelitian yang diterbitkan dalam jurnal Nature pada 25 Mei.

Percobaan, yang membentang lebih dari satu dekade, menunjukkan bahwa elektron berbeda dari yang sempurna bulat kurang dari 0,000000000000000000000000001 cm. Ini berarti bahwa jika elektron itu diperbesar dengan ukuran tata surya, masih akan muncul bola ke dalam lebar rambut manusia.

Para ahli fisika dari Imperial Centre for Dingin Cetakan mempelajari elektron dalam molekul yang disebut fluoride Iterbium. Menggunakan laser sangat tepat, mereka membuat pengukuran hati-hati dari gerak elektron tersebut. Jika elektron tidak sempurna bulat itu, seperti berputar-top tidak seimbang, gerak mereka akan menunjukkan sebuah goyangan khas, mendistorsi bentuk molekul keseluruhan. Para peneliti tidak melihat tanda seperti terseok-seok.

Para peneliti sekarang sedang merencanakan untuk mengukur bentuk elektron bahkan lebih dekat. Hasil karya ini adalah penting dalam studi antimateri, sebuah zat yang sulit dipahami yang berperilaku dalam cara yang sama seperti materi biasa, kecuali bahwa ia memiliki muatan listrik yang berlawanan. Misalnya, versi antimateri dari elektron bermuatan negatif adalah anti-elektron bermuatan positif (juga dikenal sebagai positron). Memahami bentuk elektron bisa membantu para peneliti memahami bagaimana berperilaku dan bagaimana positron antimateri dan materi mungkin berbeda.

Penelitian co-author, Dr Jony Hudson, dari Departemen Fisika di Imperial College London, mengatakan, "Kami sangat senang bahwa kami telah mampu meningkatkan pengetahuan kita tentang salah satu blok bangunan dasar materi. Sudah pengukuran sangat sulit untuk membuat, tapi pengetahuan ini akan memungkinkan kami meningkatkan teori-teori fisika fundamental kami. Orang sering terkejut mendengar bahwa teori-teori fisika kita tidak 'selesai', tetapi sebenarnya mereka mendapatkan terus disempurnakan dan ditingkatkan dengan membuat semakin akurat pengukuran seperti ini. "

Hukum-hukum fisika yang berlaku saat ini mengatakan bahwa Big Bang diciptakan sebagai antimateri sebanyak materi biasa. Namun, karena antimateri pertama kali dipertimbangkan oleh Nobel Paul ilmuwan pemenang Hadiah Dirac pada tahun 1928, telah hanya ditemukan dalam jumlah menit dari sumber seperti sinar kosmis dan beberapa zat radioaktif.

Imperial's Pusat Dingin Matter bertujuan untuk menjelaskan kekurangan antimateri dengan mencari perbedaan kecil antara perilaku materi dan antimateri yang tidak ada belum diamati. Apakah para peneliti menemukan bahwa elektron tidak bulat itu akan memberikan bukti bahwa perilaku antimateri dan materi berbeda lebih dari fisikawan yang diperkirakan sebelumnya. Ini, mereka mengatakan, bisa menjelaskan bagaimana semua antimateri menghilang dari alam semesta, hanya menyisakan materi biasa.

Profesor Edward Hinds, penelitian rekan penulis dan Kepala Pusat Cetakan Dingin di Imperial College London, mengatakan: "Seluruh dunia hampir seluruhnya terbuat dari materi normal, dengan hanya jejak kecil antimateri astronom telah melihat kanan ke tepi. alam semesta yang terlihat dan bahkan kemudian mereka melihat hanya peduli, tidak stashes besar antimateri Fisikawan tidak tahu apa yang terjadi pada semua antimateri itu,. tapi penelitian ini dapat membantu kita untuk mengkonfirmasi atau menyingkirkan beberapa kemungkinan penjelasan. "

Antimateri juga dipelajari dalam jumlah kecil di Large Hadron Collider di CERN di Swiss, di mana fisikawan harapan untuk memahami apa yang terjadi di saat-saat setelah Big Bang dan untuk mengkonfirmasi beberapa teori dasar fisika saat ini belum terbukti, seperti supersimetri. Mengetahui apakah elektron bulat atau tes berbentuk telur teori-teori dasar yang sama, serta teori-teori lainnya fisika partikel yang bahkan Large Hadron Collider tidak dapat menguji.

Untuk membantu meningkatkan pengukuran mereka dari bentuk elektron, para peneliti di Pusat Cetakan Dingin sedang mengembangkan metode baru untuk mendinginkan molekul mereka untuk temperatur sangat rendah, dan untuk mengendalikan gerakan yang tepat dari molekul. Ini akan memungkinkan mereka untuk mempelajari perilaku elektron tertanam dalam detail yang jauh lebih besar daripada sebelumnya. Mereka mengatakan teknologi yang sama juga dapat digunakan untuk mengontrol reaksi kimia dan untuk memahami perilaku sistem yang terlalu rumit untuk mensimulasikan dengan komputer.

Sumber: Cerita di atas dicetak (dengan adaptasi editorial oleh staf harian Ilmu Pengetahuan) dari bahan-bahan yang disediakan oleh Imperial College London , melalui EurekAlert! , sebuah layanan AAAS.

Referensi Jurnal: J. J. Hudson, D. M. Kara, I. J. Smallman, B. E. Sauer, M. R. Tarbutt, E. A. Hinds. Improved measurement of the shape of the electron. Nature, 2011; 473 (7348): 493 DOI: 10.1038/nature10104