Kenning Feynmans um feril-heildun staðfest í tilraun

Grundvallarfrumsenda skammtaeðlisfræðinnar, sem Richard Feynman setti fram fyrir næstum 80 árum, hefur verið staðfest beint í tilraun í fyrsta sinn. Rannsóknin, sem birtist 26. ágúst í Science Advances, staðfestir að feril-heildunin, sem spáir fyrir um hegðun skammtaeindar með því að leggja saman alla mögulega ferla sem hún gæti farið, virkar nákvæmlega eins og Feynman lagði til árið 1948.science+1

Tilraunin

Shi-Liang Zhu og samstarfsfólk hans við Normal-háskólann í Suður-Kína í Guangzhou í Kína prófuðu feril-heildun Feynmans með því að senda stakar ljóseindir í gegnum völundarhús lítilla spegla, linsna og kristalla. Teymið mældu skammtafyrirbæri sem kallast framvinduvaldur (e. propagator), sem spáir fyrir um hvernig skammtaástand ljóseindar breytist þegar hún ferðast á milli punkta í tilrauninni.newscientist

Með því að mæla fimm framvinduvalda í röð fyrir tiltekna ljóseind og margfalda þá saman endurgerðu rannsakendurnir feril-heildunina úr tilraunagögnum. Ferlið skilaði 1.419.857 ólíkum ferlum, sem allir voru settir inn í jöfnu Feynmans. Spáin passaði við það sem ljóseindin gerði í raun og veru.newscientist

„Kunna frasann 'summa yfir alla ferla' var ekki lengur bara táknræn fyrirmæli í kennslubók, við gátum séð afleiðingar hans koma beint fram úr tilraunagögnum,“ sagði Zhu.newscientist

Hvers vegna þetta skiptir máli

Feril-heildun Feynmans hefur verið hyrningarsteinn kennilegrar eðlisfræði frá því að hún var kynnt til sögunnar og er grundvöllur útreikninga í skammta-rafsegulfræði, eindaeðlisfræði og eðlisfræði þjappaðs efnis. Þó hafði hún aldrei verið prófuð beint fyrr en nú: vísindamenn gengu einfaldlega út frá því að hún virkaði vegna þess að kenningarnar sem reistar voru á henni gáfu nákvæmar spár.newscientist

Jörg Götte við Háskólann í Glasgow kallaði nákvæmni tilraunarinnar raunverulegt vísindalegt framfaraskref. Þar sem ekki er hægt að rekja feril ljóseindar beint á meðan hún hreyfist sýnir verkið háþróaðar aðferðir við skammtamælingar og skammtastýringu, sagði hann. Ef mælingin hefði leitt eitthvað annað í ljós hefði „allur ramminn í kringum notkun feril-heildunar við skammtareikninga hrunið.“newscientist

Tæknilegar áskoranir

Zhu benti á að tilraunin hefði krafist þess að bætt væri úr „næstum öllum þáttum“ samtímis. Gríðarlegur fjöldi ferla skapaði hættu á að skekkja og tilraunasuð safnaðist upp yfir margfaldanirnar fimm á framvinduvöldunum. Án þessara bóta hefðu lokagögnin virkað næstum alveg af handahófi.newscientist

Teymið vonar að rannsakendur á öðrum sviðum geti aðlagað tilraunaaðferð þeirra að öðrum skammtakerfum, sem gæti mögulega gert flóknari prófanir mögulegar, svo sem að mæla beint hvernig ferlar leggjast saman þegar ljóseindir ferðast í gegnum efni í stað lofts.newscientist