Виявлено нове явище у квантовому світі: головні закони фізики доведеться переглянути

Завдяки новому відкриттю квантовий світ став ще більш дивним. Фізики з'ясували, що спін частинки, тобто її власний момент імпульсу, може переміщатися між двома місцями сам по собі, не будучи пов'язаним із частинкою. Це відкриття може вимагати переосмислення фундаментальних законів фізики. Результати дослідження прийняті до публікації в журналі Physical Review A, пише New Scientist.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Квантовий Чеширський кіт

Автори дослідження порівнюють своє відкриття з тим, як Чеширський кіт з "Аліси в країні чудес" міг переміщати своє тіло в інше місце, в той час як його посмішка залишалася там же. Вчені кажуть, що вони показали, що у фізиці таке можливо. Насправді ефект, відомий як квантовий Чеширський кіт, уже було підтверджено 10 років тому. Тоді фізики показали, що спін нейтрона може бути відокремлений від самої частинки. Але тепер фізики провели більш широке дослідження моменту імпульсу в квантовому масштабі.

Момент імпульсу об'єкта залежить від його маси, швидкості та розміру. Вважалося, що він підпорядковується закону збереження моменту імпульсу. Тобто він не може бути створений або знищений, а тільки перерозподілений. Щоб момент імпульсу кудись перемістився, його має перенести об'єкт. Але нове відкриття показує, що так відбувається не завжди.

Квантовий експеримент

Учені провели експеримент, у якому частинка з моментом імпульсу перебувала в лівій частині установки з відбивною стінкою посередині. Частинка відскакувала від стінки і перебувала в лівій частині установки, але іноді проходила крізь стінку за допомогою квантового тунелювання. Фізики розрахували, як властивості частинки, коли вона переміщується, змінюються з плином часу. Вчені виявили, що в тих рідкісних випадках, коли частинка залишала ліву частину пристрою, її момент імпульсу все одно міг змінитися.

Закон збереження моменту імпульсу припускає, що це можна пояснити рівною і протилежною зміною, яку було передано часткою в іншому місці. Але фізики виявили, що, попри те, що частинка ніколи не контактувала з правим краєм пристрою, саме там опинився її момент імпульсу. Вчені дійшли висновку, що момент імпульсу потрапив туди без будь-чого, що б його переносило.

За словами фізиків, виникла ситуація, коли збережена властивість може бути відокремлена від частинки, якій вона належить, і може переміститися з одного місця в інше без будь-якої підтримки матеріального об'єкта.

Відкриття має величезне значення для фізики

Учені вважають, що їхнє відкриття має величезні наслідки для всіх законів збереження, які є основою фізики. Але вивчати їх у квантовій теорії зовсім не просто. У квантовому масштабі існують фундаментальні обмеження на те, наскільки точними можуть бути вимірювання властивостей частинок.

Але навіть без ідеальних вимірювань відкриття може розкрити щось нове про нашу реальність. Учені вважають, що існують закони фізики, які зберігаються, навіть коли те, що ми можемо дізнатися про об'єкти, є невизначеним. Дійсно, загальноприйнята ідея частинки як пізнаваного об'єкта не узгоджується з квантовою теорією.

Водночас Хольгер Хофманн з Університету Хіросіми, Японія, який не брав участі в дослідженні, каже, що ідея про те, що закони збереження є складнішими у квантовому світі здається переконливою. Але необхідний більш детальний аналіз представленої фізиками роботи.

Хофманн каже, що під час таких досліджень важливо розуміти, що загальноприйняті уявлення про частинки як про фізичних "переносників" інформації взагалі не працюють у квантовій механіці, де поняття "частка" явно означає щось більш невловиме.

Автори дослідження впевнені, що експерименти з квантовим світлом або ультрахолодними атомами можуть підтвердити їхнє відкриття. Таким чином можна буде краще зрозуміти, як працюють закони збереження у квантовому світі.

Як уже писав Фокус, кількість плям на Сонці досягла 23-річного максимуму. Що більше сонячних плям, то більше виникає сонячних спалахів, а значить Земля схильна до частіших геомагнітних бур.

Також Фокус писав про нове досягнення фізиків, які на Великому адронному колайдері вперше виявили примарну частинку високої енергії. Такий рівень енергії ще спостерігали в штучно створених умовах.