Eksperimentu pirmą kartą patvirtintas 80 metų senumo Feynmano kvantinis kelio integralas

Beveik prieš 80 metų Richardo Feynmano suformuluotas pamatinis kvantinės fizikos postulatas pirmą kartą buvo tiesiogiai patvirtintas eksperimentu. Rugpjūčio 26 d. žurnale „Science Advances“ publikuotas tyrimas patvirtina, kad kelio integralas, numatantis kvantinės dalelės elgseną susumuojant visus įmanomus jos kelius, veikia tiksliai taip, kaip R. Feynmanas pasiūlė 1948 m.science+1

Eksperimentas

Shi-Liang Zhu ir jo kolegos iš Pietų Kinijos pedagoginio universiteto Guandžou mieste patikrino Feynmano kelio integralą siųsdami pavienius fotonus per mažyčių veidrodžių, lęšių ir kristalų labirintą. Komanda išmatavo kvantinį objektą, žinomą kaip propagatorių, kuris numato, kaip fotono kvantinė būsena kinta jam judant tarp eksperimento taškų.newscientist

Išmatavę penkis iš eilės einančius konkretaus fotono propagatorius ir juos sudauginę, tyrėjai iš eksperimentinių duomenų atkūrė kelio integralą. Šio proceso metu gauta 1 419 857 skirtingi keliai, ir visi jie buvo įrašyti į Feynmano formulę. Prognozė tiksliai atitiko tai, kaip fotonas pasielgė iš tikrųjų.newscientist

„Žinoma frazė „suma per visus kelius“ jau nebebuvo tik simbolinė instrukcija vadovėlyje: galėjome matyti, kaip jos pasekmės tiesiogiai išplaukia iš eksperimentinių duomenų“, sakė Zhu.newscientist

Kodėl tai svarbu

Feynmano kelio integralas nuo pat jo sukūrimo buvo teorinės fizikos kertinis akmuo, kuriuo rėmėsi kvantinės elektrodinamikos, dalelių fizikos ir kondensuotųjų medžiagų teorijos skaičiavimai. Tačiau iki šiol jis niekada nebuvo tiesiogiai patikrintas: mokslininkai tiesiog darė prielaidą, kad jis veikia, nes jo pagrindu sukurtos teorijos davė tikslias prognozes.newscientist

Glazgo universiteto fizikas Jörgas Götte eksperimento tikslumą pavadino tikra mokslo pažanga. Atsižvelgiant į tai, kad fotono kelio negalima tiesiogiai atsekti jam judant, šis darbas demonstruoja pažangius kvantinio matavimo ir valdymo metodus, teigė jis. Jei matavimai būtų parodę ką kita, „visi kvantinių skaičiavimų naudojant kelio integralą pagrindai būtų sugriuvę“.newscientist

Techniniai iššūkiai

Zhu pažymėjo, kad eksperimentui reikėjo vienu metu patobulinti „beveik kiekvieną aspektą“. Didžiulis kelių skaičius sudarė sąlygas klaidoms ir eksperimentiniam triukšmui kauptis per penkis propagatorių daugybos etapus. Be šių patobulinimų galutiniai duomenys būtų atrodę beveik visiškai atsitiktiniai.newscientist

Komanda tikisi, kad kitų sričių tyrėjai galės pritaikyti jų eksperimentinį metodą kitoms kvantinėms sistemoms, kas leistų atlikti sudėtingesnius bandymus: pavyzdžiui, tiesiogiai išmatuoti, kaip keliai sumuojasi, kai fotonai skrieja per medžiagas, o ne orą.newscientist