Elektroni konfliktā

Viļņu daļiņu raksturs notiek vienlaicīgi

Elektroni daļiņu paātrinātājā TESLA DESY Hamburg
lasīt skaļi

Tajā pašā laikā elektroniem ir viļņu un daļiņu īpašības un, nospiežot pogu, tie pārslēdzas starp diviem stāvokļiem. To ir noskaidrojuši Maksa Planka biedrības Frīca Habera institūta (FHI) pētnieki sadarbībā ar Kalifornijas Tehnoloģiju institūta Pasadena / ASV pētniekiem.

Pētnieki arī spēja parādīt, ka šo molekulu spoguļsimetrijas izjaukšana, iestrādājot divus dažādus smagos izotopus, šajā gadījumā N14 un N15, noved pie daļējas koherences zuduma, jo elektroni daļēji atrodas vienā no diviem, tagad atšķirtajiem atomiem, sākt lokalizēt. Šie atklājumi var būt svarīgi, lai izveidotu un kontrolētu "mākslīgās molekulas", kas sastāv no pusvadītāju kvantu punktiem, kurus uzskata par kvantu datoru komponentiem.

Fotons ar daļiņu raksturu

Pirms simts gadiem dabas filozofijā postulētais dabas divkāršais raksturs tika soli pa solim atzīts elementāru fizisko procesu līmenī. Alberts Einšteins bija pirmais, kurš šīs sekas izdarīja no Planka kvantu hipotēzes 1905. gadā. Daļiņu raksturu viņš attiecināja uz fotonu, kas skaidri zināms kā elektromagnētiskais vilnis. Tā ir viņa darba kvintesence foto efektam. Vēlāk tas galvenokārt bija DeBroglie, kurš 1926. gadā saprata, ka visi dabas celtniecības bloki, kas mums zināmi kā daļiņas - elektroni, protoni utt., Noteiktos apstākļos uzvedas kā viļņi.

Tāpēc daba kopumā ir divējāda; ne viens no tā komponentiem ir tikai daļiņas vai viļņi. Nīls Bohrs ļāva saprast šo faktu

1923. gada korespondences princips, kas vienkārši nozīmē, ka katrai dabas sastāvdaļai ir gan daļiņu, gan viļņu raksturs, un tas ir atkarīgs tikai no novērotāja, kuru raksturu viņš šobrīd redz. Citiem vārdiem sakot, tas ir atkarīgs no eksperimenta, kuru īpašību - daļiņu vai viļņu - jūs šobrīd mēra. Šis princips ir ienācis fizikas vēsturē kā papildināmības princips. displejs

Alberts Einšteins visu savu dzīvi bija aizdomīgs par šo dabisko īpašību atkarību no novērotāja. Viņš uzskatīja, ka jābūt realitātei, kas ir neatkarīga no novērotāja. Bet kvantu fizika ir pieņēmusi faktu, ka gadu gaitā nešķiet neatkarīga realitāte, kāda tā ir, neapšaubot to tālāk, jo visi eksperimenti to ir apstiprinājuši atkal un atkal, un ar arvien lielāku precizitāti.

Younga dubultās spraugas eksperiments

Labākais piemērs ir Younga divkāršās spraugas eksperiments. Šajā dubultās spraugas eksperimentā koherentai gaismai ļauj krist uz divslāņu membrānas. Pēc tam novērošanas ekrānā aiz atveres redzams gaišu un tumšu svītru traucējumu modelis. Eksperimentu var veikt ne tikai ar gaismu, bet arī ar daļiņām, piemēram, elektroniem. Ja viens sūta secīgus elektronus caur atvērto Younga dubultā spraugu, uz fototēkas aiz tā parādās svītru formas traucējumu raksts, kurā nav informācijas par elektronu veikto ceļu.

Tomēr, ja aizver vienu no divām spraugām, uz foto plāksnes parādās neskaidrs atvērtās spraugas attēls, no kura var tieši nolasīt elektronu ceļu. Tomēr svītru modeļa un pozicionālā attēla kombinācija šajā dubultās spraugas eksperimentā nav iespējama, un tas prasa molekulāru dubultā spraugas eksperimentu, kura pamatā nav vietējā impulsa izplūšana, bet gan spoguļa simetrija.

Kaut arī šķiet, ka katrs elektrons iziet cauri vienai no divām spraugām, beigās veidojas viļņveida traucējumu modelis, it kā elektrons būtu sadalījies, pirms tas pāriet cauri dubultā spraugai, pirms pievienoties citam. Bet, ja jūs saglabājat spraugu vai novērojat plaisu, caur kuru elektrons iziet, tā uzvedas kā normāla daļiņa, kas noteiktā laikā paliek tikai noteiktā vietā, bet ne abos vienlaikus. Tātad, atkarībā no tā, kā jūs veicat eksperimentu, elektrons atrodas vai nu vietnē A, vai vietā B, vai abos vienlaikus.

Tomēr Bohra papildināmības princips, kas izskaidro šo neskaidrību, vismaz pieprasa, lai konkrētajā eksperimentā dotajā laikā varētu novērot tikai vienu no divām izpausmēm - vai nu viļņu, vai daļiņu, bet ne abas vienlaikus. Neskatoties uz kvantu fizikas neskaidrību, šī unikalitātes paliekas paliek nemainīgas katrā eksperimentā. Vai nu sistēma atrodas viļņiem līdzīgā stāvoklī "labi kā labi", vai daļiņām līdzīgā stāvoklī "vai nu labi", vai arī tās atrašanās vietas ziņā. Principā tas ir Heizenberga nenoteiktības principa rezultāts, kurā teikts, ka kādreiz var atrast tikai papildu daļiņu izmēru (piemēram, pozīciju un impulsu) vienlaikus var noteikt tik precīzi, cik vēlaties. Informācija par otru mainīgo lielumu tiek apgriezti proporcionāli zaudēta.

Kvantu marķieris un kvantu dzēšgumija

Nesen kāda eksperimentu grupa parādīja, ka šīs dažādās matērijas izpausmes ir savstarpēji savietojamas, tas ir, var pāriet no vienas formas uz otru un noteiktos apstākļos atgriezties pie tās ck. Šo eksperimentu klasi sauc par kvantu marķieriem un kvantu dzēšgumijām. Pēdējos gados tie ir parādījuši atomus un fotonus, un pēdējā laikā arī elektronus, ka visām matērijas formām, ti, ir līdztekus "gan kā", gan "vai nu", vai " komplementaritātes pelēkā zona. Līdz ar to ir eksperimentāli pierādāmas situācijas, kurās matērija vienlaikus parādās gan kā vilnis, gan kā daļiņa.

Šādas situācijas raksturo dualitātes attiecības, kas ir pagarināts kvantu fizikas papildināmības princips, ko varētu saukt arī par līdzāspastāvēšanas principu. Tas nosaka, ka parasti savstarpēji izslēdzošās matērijas izpausmes, piemēram, lokālas un lokālas, sakarīgas un nekoherentas, vienlaikus var noteikt noteiktā pārejas apgabalā, tas ir, tās ir metroloģiski. Viens runā par daļēju lokalizāciju un daļēju saliedētību vai par daļēju redzamību un daļēju atšķirīgumu; Izmēri, kas saistīti ar dualitātes attiecībām.

Papildinātības princips un tādējādi papildinošais dabas duālisms šajā pārejas apgabalā tiek paplašināts ar līdzāspastāvēšanas principu, tas ir, paralēlu duālismu. Tas parāda, ka dabai ir vairāk ambivalents raksturs, nekā tika domāts iepriekš. To piemēri ir atomu interferometrija, kur atomu, ti, kompozītu daļiņu, uzvedība pirmo reizi tika atklāta 1997. gadā.

Molekulārie divslāņu eksperimenti ar elektroniem

Pašreizējā Dabas numurā Maks Planka pētnieki no Berlīnes kopā ar Kalifornijas Tehnoloģiju institūta pētniekiem Pasadenā / ASV tagad ziņo par molekulāriem divslāņu eksperimentiem ar elektroniem, ti, nesastāvām elementārdaļiņām. Tie ir balstīti uz faktu, ka molekulas ar identiskiem un tādējādi spoguļsimetriskiem atomiem uzvedas kā mikroskopisks dubultplaisījums, ko radījusi daba. Tas ietver slāpekli, kurā katrs elektrons - ieskaitot ļoti lokalizētus iekšējos elektronus - vienlaikus atrodas abos atomos.

Ja šāda molekula tiek jonizēta, teiksim, ar mīkstiem rentgenstariem, šī īpašība noved pie koherenta, ti, viļņveidīga, stingri savienota elektronu izstarojuma no abām atomu pusēm, tāpat kā dubultplašu eksperimentā ar atsevišķiem elektroniem.

Pirmoreiz pētnieki spēja tieši pierādīt šādu molekulu elektronu emisijas koherento raksturu analoģiski dubultās spraugas eksperimentam. Viņi ar mīksto rentgenstaru palīdzību atrisināja no molekulas visdziļākos un tādējādi lokalizētākos slāpekļa elektronus un pēc tam izsekoja to kustību molekulas atskaites sistēmā, veicot sakritību ar jonu molekulas fragmentiem.

Turklāt pētnieki jau sen ir spējuši pierādīt, ka šo molekulu spoguļsimetrijas izjaukšana, iekļaujot divus dažādus izotopus, mūsu gadījumā N14 un N15, noved pie daļējas koherences zuduma, jo elektroni daļēji aizņem vienu no diviem, tagad atšķirami atomi, sāk lokalizēties. Tas atbilst daļējai marķēšanai vienai no divām kolonnām Younga dubultās spraugas eksperimentā. Var runāt arī par daļēju "kādā veidā" informāciju, jo etiķete sniedz informāciju par to, kuru ceļu ir gājis elektrons.

(idw - MPG, 07.10.2005. - DLO)