Seit seiner ersten Formulierung in 1927 war wenig in der Physik sicherer als das Heisenbergsche Unsicherheitsprinzip.
Das nach dem deutschen Wissenschaftler Werner Heisenberg benannte Prinzip zeigt, dass die Genauigkeit, mit der komplementäre Eigenschaften gemessen werden können, auf Quantenebene begrenzt ist Wenn Sie beispielsweise den Winkel eines Elektrons darstellen, können Sie nicht auch dessen Amplitude oder Spinrate messen.
Das Unsicherheitsprinzip ist wirklich grundlegend. Es wird oft mit dem „Beobachter“ verwechselt Effekt “, der auch die Quantenwelt belastet, in der bestimmte Eigenschaften eines Quantenaufbaus als Folge von Messungen zusammenbrechen. Heisenbergs Formel funktioniert in jedem Wellensystem, auch wenn niemand hinschaut.
Diese Woche hat jedoch ein Team unter der Leitung von Giorgio Colangelo vom Barcelona Institute of Science and Technology gezeigt, dass Unsicherheit dies nicht kann vermieden werden, kann es flankiert werden.
In einem in Nature veröffentlichten Artikel zeigen Colangelo und Kollegen, dass es möglich ist, die Unsicherheit, die sich aus der Messung einer Eigenschaft eines Neutrons oder Elektrons ergibt, zu „lenken“ eine andere, die keine Aufmerksamkeit erfordert – und somit eine nahezu perfekte Messung eines Drittels ermöglicht.
Um es ganz klar auszudrücken: Es stellt sich heraus, dass es schließlich möglich ist, sowohl die Amplitude als auch den Winkel von zu messen ein Elektron, solange Sie sich nicht um seine Höhe kümmern.
Colangelos Team ging davon aus, dass ein Elektron zwei Spinwinkel hat und nicht einen. Der erste – der, für den Präzision wäre nützlich sein – richtet sich nach den Himmelsrichtungen aus. Die zweite richtet sich nach dem Horizont und ist für die Art und Weise irrelevant fügt ergänzende Informationen zur Kenntnis des Elektronenwinkels hinzu, der gemessenen Anfangseigenschaft.
Um die Idee zu testen, kühlten die Wissenschaftler zunächst eine kleine Atomwolke auf knapp über null Grad Kelvin ab. Sie legten dann ein Magnetfeld an, um Spin zu induzieren (das gleiche Prinzip, das ein MRT-Gerät verwendet), und richteten einen Laser darauf, um ihn zu messen.
„Indem sie die Rückwirkung der Quantenmessung fast vollständig in einen nicht gemessenen Spin lenken Komponente “, schreiben sie in Nature, sie ermöglichten„ gleichzeitige genaue Kenntnis von Spinwinkel und Spinamplitude “.
Dabei haben sie Heisenberg nicht verletzt – eine ohnehin unmögliche Aufgabe -, aber sie sind ausgewichen it.
Teammitglied Morgan Mitchell vom Institut für Photonische Wissenschaften in Spanien beschreibt das Ergebnis und entscheidet sich für eine Referenz zur Popkultur.
„Für Wissenschaftler ist das Unsicherheitsprinzip sehr frustrierend – Wir möchten alles wissen, aber Heisenberg sagt, wir können nicht “, sagt er.
„ In diesem Fall haben wir jedoch einen Weg gefunden, alles zu wissen, was uns wichtig ist. Es ist wie beim Rolling Stones-Song: Man kann nicht immer bekommen, was man will / aber wenn man es manchmal versucht, findet man vielleicht / bekommt man, was man braucht. “
Bevor das Experiment durchgeführt werden konnte, das Team musste mehrere brandneue Geräte entwerfen und bauen.
Diese werden schließlich als Prototypen für Verbesserungen der Technologie dienen, die derzeit in der medizinischen Bildgebung, Atomuhren, Geophysik und Nanotechnologie eingesetzt wird – alles Bereiche, die täglich mit den undurchsichtigen Effekten konfrontiert sind von Heisenbergs Kind.