ექსპერიმენტმა ფაინმანის 80 წლის წინანდელი კვანტური „ტრაექტორიული ინტეგრალი“ დაადასტურა

კვანტური ფიზიკის ფუნდამენტური პოსტულატი, რომელიც თითქმის 80 წლის წინ რიჩარდ ფაინმანმა ჩამოაყალიბა, ექსპერიმენტულად პირველად დადასტურდა. Science Advances-ში 26 აგვისტოს გამოქვეყნებული კვლევა ადასტურებს, რომ „ტრაექტორიული ინტეგრალი“, რომელიც კვანტური ნაწილაკის ქცევას ყველა შესაძლო გზის შეჯამებით წინასწარმეტყველებს, ზუსტად ისე მუშაობს, როგორც ეს ფაინმანმა 1948 წელს ივარაუდა.science+1

ექსპერიმენტი

გუანჯოუში მდებარე სამხრეთ ჩინეთის ნორმალური უნივერსიტეტის მკვლევარმა ში-ლიან ჟუმ და მისმა კოლეგებმა ფაინმანის ტრაექტორიული ინტეგრალი შეამოწმეს პატარა სარკეების, ლინზებისა და კრისტალების ლაბირინთში ცალკეული ფოტონების გატარებით. გუნდმა გაზომა კვანტური ობიექტი, რომელსაც პროპაგატორი ეწოდება: ის წინასწარმეტყველებს, თუ როგორ იცვლება ფოტონის კვანტური მდგომარეობა ექსპერიმენტის წერტილებს შორის გადაადგილებისას.newscientist

მოცემული ფოტონისთვის ხუთი თანმიმდევრული პროპაგატორის გაზომვითა და მათი გადამრავლებით, მკვლევრებმა ექსპერიმენტული მონაცემებიდან ტრაექტორიული ინტეგრალი აღადგინეს. პროცესმა 1 419 857 განსხვავებული ტრაექტორია გამოავლინა, რომელთაგან თითოეული ფაინმანის ფორმულაში შეიყვანეს. თეორიულმა პროგნოზმა ზუსტად ასახა ის, რაც ფოტონმა სინამდვილეში გააკეთა.newscientist

„ცნობილი ფრაზა 'ყველა ტრაექტორიის შეჯამება' უკვე აღარ იყო მხოლოდ სიმბოლური ინსტრუქცია სახელმძღვანელოში, ჩვენ შევძელით მისი შედეგების უშუალოდ ექსპერიმენტული მონაცემებიდან დანახვა“, განაცხადა ჟუმ.newscientist

რატომ არის ეს მნიშვნელოვანი

ფაინმანის ტრაექტორიული ინტეგრალი შექმნის დღიდან თეორიული ფიზიკის ქვაკუთხედს წარმოადგენს და საფუძვლად უდევს გამოთვლებს კვანტურ ელექტროდინამიკაში, ნაწილაკების ფიზიკასა და კონდენსირებული გარემოს ფიზიკაში. თუმცა აქამდე ის პირდაპირ არასდროს შემოწმებულა. მეცნიერები უბრალოდ ვარაუდობდნენ, რომ ის მუშაობდა, რადგან მასზე დაფუძნებული თეორიები ზუსტ პროგნოზებს იძლეოდა.newscientist

გლაზგოს უნივერსიტეტის მკვლევარმა იორგ გოტემ ექსპერიმენტის სიზუსტეს ნამდვილი სამეცნიერო წინსვლა უწოდა. იმის გათვალისწინებით, რომ მოძრაობისას ფოტონის ტრაექტორიის პირდაპირ თვალის დევნება შეუძლებელია, ეს ნამუშევარი კვანტური გაზომვისა და კონტროლის დახვეწილ მეთოდებს აჩვენებს, აღნიშნა მან. გაზომვას სხვა შედეგი რომ ექონა, „კვანტური გამოთვლებისთვის ტრაექტორიული ინტეგრალის გამოყენების მთელი სისტემა ჩამოიშლებოდა“.newscientist

ტექნიკური გამოწვევები

ჟუმ აღნიშნა, რომ ექსპერიმენტმა „თითქმის ყველა ასპექტის“ ერთდროულად გაუმჯობესება მოითხოვა. ტრაექტორიების უზარმაზარმა რაოდენობამ ხუთი პროპაგატორის გადამრავლებას შორის ცდომილებებისა და ექსპერიმენტული ხმაურის დაგროვების რისკი შექმნა. ამ გაუმჯობესებების გარეშე, საბოლოო მონაცემები თითქმის სრულიად შემთხვევითი გამოჩნდებოდა.newscientist

გუნდი იმედოვნებს, რომ სხვა სფეროს მკვლევრები შეძლებენ მათ ექსპერიმენტულ მიდგომას სხვადასხვა კვანტურ სისტემას მოარგონ, რაც უფრო რთული ტესტების ჩატარების საშუალებას მოგვცემს, მაგალითად, იმის პირდაპირ გაზომვას, თუ როგორ ჯამდება ტრაექტორიები, როდესაც ფოტონები ჰაერის ნაცვლად ნივთიერებაში გადაადგილდებიან.newscientist