Eftersom den först formulerades i 1927 har lite i fysiken varit mer säker än Heisenbergs osäkerhetsprincip.
Uppkallad efter den tyska forskaren Werner Heisenberg, visar principen att det på kvantnivå finns en gräns för den precision med vilken kompletterande egenskaper kan mätas Om du exempelvis plottar en elektronvinkel kan du inte också mäta dess amplitud eller rotationshastighet.
Osäkerhetsprincipen är verkligen grundläggande. Den förväxlas ofta med ”observatören” effekt ”som också bedevils kvantvärlden, där vissa egenskaper hos en kvantuppsättning kollapsar som en följd av att mätningar görs. Heisenbergs formel fungerar i alla vågsystem, även när ingen letar.
Den här veckan visade dock ett team under ledning av Giorgio Colangelo från Barcelona Institute of Science and Technology att även om osäkerhet inte kan kan undvikas, det kan överflankeras.
I en artikel publicerad i Nature visar Colangelo och kollegor att det är möjligt att ”rikta” den osäkerhet som uppstår genom att mäta en egenskap hos en neutron eller elektron in i en annan som inte kräver uppmärksamhet – vilket möjliggör nästan perfekt mätning av en tredjedel.
För att uttrycka det rakt på sak: det visar sig att det trots allt är möjligt att mäta både amplituden och vinkeln på en elektron, så länge du inte bryr dig om dess höjd.
Colangelos team arbetade utifrån att en elektron har två vinklar av snurr snarare än en. Den första – den för vilken precision skulle vara användbar – passar in ihop med kompassens punkter. Den andra ligger i linje med horisonten och är irrelevant när det gäller hur den lägger till kompletterande information till kunskapen om elektronens vinkel, den uppmätta ursprungliga egenskapen.
För att testa idén kylte forskarna först ett litet moln av atomer till strax över noll grader Kelvin. De applicerade sedan ett magnetfält för att inducera centrifugering (samma princip som en MR-maskin använder) och pekade en laser mot den för att mäta den.
”Genom att rikta kvantmätningens back-action nästan helt in i en omätlig centrifugering komponent, ”skriver de i Nature, de möjliggjorde” samtidig exakt kunskap om snurrvinkel och snurramplitud ”.
Genom att bryta mot Heisenberg – i alla fall en omöjlig uppgift – men de undvek de det.
När han beskriver resultatet väljer teammedlem Morgan Mitchell från Institute of Photonic Sciences i Spanien en popkulturreferens.
”För forskare är osäkerhetsprincipen mycket frustrerande – vi skulle vilja veta allt, men Heisenberg säger att vi inte kan, säger han.
”I det här fallet hittade vi dock ett sätt att veta allt som betyder något för oss. Det är som Rolling Stones-låten: du kan inte alltid få vad du vill / men om du försöker ibland kanske du bara hittar / får du vad du behöver. ”
Innan experimentet kunde genomföras gjorde teamet var tvungen att designa och bygga flera delar av helt ny utrustning.
Dessa kommer så småningom att fungera som prototyper för förfiningar inom teknik som för närvarande används inom medicinsk bildbehandling, atomur, geofysik och nanoteknik – alla fält som dagligen möter de dolda effekterna av Heisenbergs barn.