Fenomenul "motanului Cheshire cuantic", observat in premiera

Oamenii de stiinta au separat, in premiera, o particula de una dintre proprietatile sale fizice, obtinand un „motan Cheshire cuantic”, fenomen botezat astfel dupa ciudata felina din romanul „Alice in Tara Minunilor” semnat de Lewis Carroll, care dispare treptat lasand in urma sa doar un ranjet.

Cercetatorii au luat un fascicul de neutroni pe care i-au separat de momentele lor magnetice, precum pasagerii de bagajele lor inainte de imbarcarea in avion, relateaza BBC.

O echipa condusa de Tobias Denkmayr, doctorand in cadrul Vienna University of Technology, a publicat saptamana aceasta o lucrarea in revista Nature Communications in care anunta acest succes din domeniul fizicii cuantice.

In teorie, aceeasi manevra de separare ar putea fi folosita pentru orice proprietate a oricarui obiect cuantic, spun cercetatorii.

Tehnica ar putea avea o utilitate in metrologie, ajutand la filtrarea perturbatiilor in timpul masuratorilor de inalta precizie a sistemelor cuantice.

Paradoxul lui Schrodinger

In cunoscutul roman pentru copii scris de Lewis Carroll, motanul Cheshire dispare treptat, lasand in urma doar ranjetul sau viclean si determinand-o pe Alice sa exclame: „Am vazut adesea o pisica fara ranjet, insa un ranjet fara pisica! Este cel mai curios lucru pe care l-am vazut vreodata!”

In lumea cu care suntem familiarizati, un obiect si proprietatile sale sunt intotdeauna conectate. O minge care se roteste, spre exemplu, nu poate fi separata de rotatia sa.

Insa mecanica cuantica propune ca particulele (spre exemplu un foton sau un neutron) pot deveni separate fizic de una dintre proprietatile lor – precum polarizarea sau momentul magnetic (puterea asocierii cu un camp magnetic extern).

„Gasim pisica intr-un loc, iar ranjetul sau in altul”, dupa cum explica cercetatorii.

Analogia cu motanul Cheshire este o trimitere la pisica lui Schrodinger – experimentul mental, adesea caracterizat ca un paradox, gandit de Erwin Schrodinger in 1935. Fizicianul austriac si-a imaginat o situatie in care o pisica este, in acelasi timp, moarta si vie, o absurditate care, luata in sens strict, descrie si comportamentul entitatilor cuantice ilustrand un fenomen cuantic cunoscut ca superpozitie.

Pentru a dovedi ca fenomenul Motanului Cheshire nu este doar o teorie atragatoare, cercetatorii au folosit o instalatie numita interferometru, de la Institute Laue-Langevin (ILL) din Grenoble, Franta.

Redare artistica a „motanului Cheshire cuantic”: in interferometru, pisica merge pe o o cale a fasciculului, in timp ce ranjetul sau calatoreste pe calea mai joasa a fasciculului/ Foto: Leon Filter

Un fascicul de neutroni a fost trecut printr-un cristal de siliciu, fiind trimis pe doua cai diferite – precum pasagerii si bagajele de cala la aeroport.

Prin aplicarea filtrelor si o tehnica numita „post-selectie”, au reusit sa detecteze o separare fizica a neutronilor de momentul lor magnetic – masurata de directia spinului (momentul cinetic intrinsec al unei particule).

„Sistemele se comporta ca si cum neutronii merg pe o cale a fasciculului, in timp ce momentul magnetic merge pe o alta cale”, explica fizicienii.

Pentru a observa acest „motan Cheshire” este nevoie de ceea ce fizicienii cuantici numesc „masuratoare slaba”, in cadrul careia interactiunea cu sistemul este atat de blanda incat sa poata fi evitata colapsarea sa dintr-o stare cuantica intr-una clasica.

Aceasta metoda delicata ar putea fi utila in metrologia de inalta precizie, spun cercetatorii:

„De exemplu, ne putem imagina o situatie in care momentul magnetic al unei particule umbreste o alta proprietate a particulei pe care cineva vrea sa o masoare cu mare precizie.

Efectul Motanului Cheshire ar putea duce la obtinerea unei tehnologii care sa permita separarea momentului magnetic nedorit intr-o regiune in care nu produce nicio perturbare in masurarea de inalta precizie a unei alte proprietati.”