Ponieważ został sformułowany w 1927, niewiele w fizyce było bardziej pewnych niż zasada nieoznaczoności Heisenberga.
Zasada, nazwana na cześć niemieckiego naukowca Wernera Heisenberga, pokazuje, że na poziomie kwantowym istnieje granica precyzji, z jaką można mierzyć właściwości uzupełniające . Jeśli na przykład wykreślisz kąt elektronu, nie możesz zmierzyć również jego amplitudy ani szybkości spinu.
Zasada nieoznaczoności jest naprawdę fundamentalna. Często jest mylona z zasadą „obserwatora efekt ”, który także nęka świat kwantowy, w którym pewne właściwości układu kwantowego załamują się w wyniku przeprowadzonych pomiarów. Formuła Heisenberga działa w każdym systemie fal, nawet gdy nikt nie patrzy.
Jednak w tym tygodniu zespół kierowany przez Giorgio Colangelo z Instytutu Nauki i Technologii w Barcelonie wykazał, że chociaż niepewność nie może można go uniknąć, można go zboczyć z flanki.
W artykule opublikowanym w Nature, Colangelo i jego współpracownicy pokazują, że możliwe jest „skierowanie” niepewności wynikającej z pomiaru jednej właściwości neutronu lub elektronu na inny, który nie wymaga uwagi – w ten sposób pozwala na prawie idealny pomiar jednej trzeciej.
Mówiąc wprost: okazuje się, że w końcu można zmierzyć zarówno amplitudę, jak i kąt elektron, o ile nie zależy ci na jego elewacji.
Zespół Colangelo pracował przy założeniu, że elektron ma dwa kąty obrotu, a nie jeden. Pierwszy – ten, dla którego precyzja byłaby być użyteczne – wyrównane z punktami kompasu. Drugi jest wyrównany z horyzontem i nie ma znaczenia, dodaje informacje uzupełniające do wiedzy o kącie elektronu, zmierzonej początkowej właściwości.
Aby przetestować ten pomysł, naukowcy najpierw schłodzili małą chmurę atomów do nieco powyżej zera stopni Kelvina. Następnie zastosowali pole magnetyczne, aby wywołać spin (ta sama zasada, której używa maszyna MRI) i skierowali na nie laser, aby go zmierzyć.
„Poprzez skierowanie wstecznego działania pomiaru kwantowego prawie w całości na niezmierzony spin komponent ”, piszą w Nature, umożliwiły„ jednoczesną dokładną wiedzę o kącie i amplitudzie spinu ”.
Robiąc to, nie naruszyli Heisenberga – zresztą zadanie niemożliwe – ale uniknęli
Opisując wynik, członek zespołu Morgan Mitchell z Instytutu Nauk Fotonicznych w Hiszpanii wybiera odniesienie do popkultury.
„Dla naukowców zasada nieoznaczoności jest bardzo frustrująca – chcielibyśmy wiedzieć wszystko, ale Heisenberg mówi, że nie możemy ”, mówi.
„ Jednak w tym przypadku znaleźliśmy sposób, aby dowiedzieć się wszystkiego, co jest dla nas ważne. To jak piosenka Rolling Stones: nie zawsze możesz dostać to, czego chcesz / ale jeśli spróbujesz, czasami możesz znaleźć / dostać to, czego potrzebujesz ”.
Przed przeprowadzeniem eksperymentu zespół musiał zaprojektować i zbudować kilka zupełnie nowych urządzeń.
Będą one ostatecznie funkcjonować jako prototypy udoskonaleń w technologii obecnie stosowanej w obrazowaniu medycznym, zegarach atomowych, geofizyce i nanotechnologii – we wszystkich dziedzinach, które codziennie zmagają się z efektami zaciemniania dziecka Heisenberga.