Zmieniają zasady fizyki. Obeszli twierdzenie Heisenberga

Fizycy od lat zmagają się z ograniczeniami narzuconymi przez zasadę nieoznaczoności Heisenberga. Zgodnie z nią nie można jednocześnie znać dokładnej pozycji i pędu cząstki. Jednak zespół z Uniwersytetu w Sydney znalazł sposób, by obejść to ograniczenie, nie łamiąc przy tym fundamentalnych praw fizyki.

Zamiast mierzyć bezpośrednio pozycję i pęd, naukowcy skupili się na tzw. obserwablach modularnych. Pozwalają one na pomiar względnych przesunięć tych wielkości w określonej skali, a nie ich wartości bezwzględnych. Jak wyjaśnił Christophe Valahu, lider zespołu i fizyk z Uniwersytetu w Sydney, w praktyce oznacza to rezygnację z części informacji, by uzyskać większą precyzję tam, gdzie jest to potrzebne.

– Nie da się złamać zasady nieoznaczoności Heisenberga – powiedział Christophe Valahu w wywiadzie dla Live Science. – My po prostu przesuwamy tę zasadę. Odrzucamy pewne informacje, których nie potrzebujemy, aby móc mierzyć to, na czym nam zależy, z dużo większą precyzją – dodał.

W laboratorium zespół skupił się na pojedynczym uwięzionym jonie – samotnym atomie naładowanym, utrzymywanym w miejscu przez pola elektromagnetyczne. Jak podaje Live Science, użyli oni później dostrojonych laserów, aby wprowadzić jon w stan kwantowy zwany stanem siatki.

W stanie siatki funkcja falowa jonu rozkłada się na serię równomiernie rozmieszczonych pików, niczym znaki na linijce. Naukowcy wykorzystali piki jako punkty odniesienia: gdy niewielka siła popycha jon, cały wzór siatki ulega nieznacznemu przesunięciu.

Niewielkie przesunięcie pików na bok objawia się zmianą położenia, podczas gdy pochylenie wzoru siatki odzwierciedla zmianę pędu. Ponieważ pomiar uwzględnia jedynie przesunięcia względem pików, można jednocześnie odczytać zmiany położenia i pędu.

Obserwując ruch wzoru siatki, naukowcy zmierzyli niewielkie popychanie działające na jon. Zespół zmierzył siłę rzędu 10 joktonewtonów, co nie jest rekordem świata, ale – jak podkreślił Valahu – uzyskano to przy użyciu pojedynczego atomu i stosunkowo prostego układu. To dowód, że ekstremalna czułość jest możliwa bez kosztownych i rozbudowanych eksperymentów.