Mit der bisher schwersten Schrödinger-Katze haben Physiker einen neuen Rekord aufgestellt: ScienceAlert

Ein winziger schwingender Kristall, der kaum mehr als ein Sandkorn wiegt, ist zum schwersten Objekt geworden, das jemals an einer Überlagerung von Orten aufgezeichnet wurde.

Physiker der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) in Zürich haben einen mechanischen Resonator an eine Art supraleitender Schaltung angebracht, die üblicherweise in Quantencomputern verwendet wird, um Erwin Schrödingers berühmtes Gedankenexperiment in einem noch nie dagewesenen Umfang nachzubilden.

Ironischerweise wäre Schrödinger etwas skeptisch, dass etwas so Großes – nun ja, überhaupt – in einem mehrdeutigen Zustand der Realität existieren könnte.

Überlagerungszustände sind in unserer alltäglichen Erfahrung beispiellos. Beobachten Sie den Fall des Fußballs und verfolgen Sie seine Fallgeschwindigkeit mit einer Stoppuhr. Seine endgültige Ruheposition ist taghell, und sogar seine Drehung im Flug ist offensichtlich.

Wenn Sie beim Fallen die Augen schließen, gibt es keinen Grund zu der Annahme, dass diese Aufenthaltszustände oder Verhaltensweisen anders sein könnten. In der Quantenphysik existieren jedoch Merkmale wie Position, Drehung und Impuls nicht in sinnvoller Weise, bis Sie einen Ball sehen, der auf dem Boden ruht.

Zusammen mit einem anderen Schwergewicht der theoretischen Physik, Albert Einstein, war Schrödinger nicht gerade begeistert von Interpretationen von Experimenten, die darauf hindeuteten, dass Teilchen präzise Eigenschaften fehlten, bis die Beobachtung ihnen eine lieferte.

Um zu zeigen, wie absurd die ganze Idee war, beschrieb der österreichische Nobelpreisträger ein Szenario, in dem der unbeobachtete Aufenthaltsort eines Teilchens mit dem Leben einer unsichtbaren Katze verknüpft war.

Stellen Sie sich, wenn Sie so wollen, vor, dass ein Teilchen, das zufällig von einem zerfallenden Atom ausgespuckt wird, einen Geigerzähler trifft, das Giftfläschchen zerspringen lässt und sofort eine Katze tötet. Da sich all dies in einer Box abspielt, bleiben die Ereignisse und ihr zeitlicher Ablauf unbemerkt.

Gehen Sie mit dem, was bekannt ist Kopenhagener Interpretation In der Quantenphysik existiert das unsichtbare System in einem Zustand aller Möglichkeiten, bis sein endgültiger Zustand beobachtet wird. Das Teilchen wird emittiert und nicht emittiert. Geigerzähler aktiv und inaktiv. Die Giftphiole ist zerbrochen, nicht zerschmettert. Und die Katze lebt und ist tot.

Diese tödliche Tarnung ist fast unmöglich zu visualisieren, lässt sich aber leicht darstellen Schrödingers Wellengleichung.

Fast ein Jahrhundert später ist Schrödingers kein Witz mehr. Es wurde nicht nur in kleinen Molekülen beobachtet, sondern in ganzen Molekülen (ganz zu schweigen von Gruppen von Tausenden von Atomen). Wir können die Kiste manipulieren, um sicherzustellen, dass die Katze niemals stirbt. Wir können sogar an der Einstellung basteln, um die Katze zu trennen. Tatsächlich basieren ganze Technologien auf den gleichen Prinzipien wie Objekte in Überlagerungszuständen.

Obwohl noch nie eine echte Katze von einem Quantenexperiment bedroht wurde – aus moralischen Gründen, wissen Sie – bleibt die Theorie einfach. Große Objekte wie Katzen oder auch Menschen, Elefanten oder sogar Dinosaurier können in Überlagerungszuständen genauso existieren wie Elektronen, Quarks und Photonen.

Die Mathematik lässt keinen Raum für Zweifel, aber die Auswirkungen einer so verschwommenen Präsenz in einem so großen Maßstab zu beobachten, ist eine ganz andere Geschichte.

Auf atomarer Ebene ist mit ziemlich primitiver Ausrüstung ein Hauch unerfüllter Schicksale zu erkennen. Wenn die Eigenschaften von Objekten wachsen, wird es schwieriger, die Signaturen der Superposition empirisch zu ermitteln.

In diesem letzten Experiment der Resonator von hohen Schallwellen, oder habar, als Katze 16,2 µg. Was ihm an Schnurrhaaren und Fischquasten fehlt, gleicht er durch die Tatsache aus, dass er über einen kurzen Frequenzbereich summen kann, wenn er mit Strom betrieben wird.

„Durch die Überlagerung der beiden Schwingungszustände im Kristall haben wir quasi eine 16 Mikrogramm schwere Schrödinger-Katze geschaffen“, sagen Erstautor und ETH-Physiker Yiwen Chu.

Für die Rollen des radioaktiven Atoms, des Geigerzählers und des Giftes hat Team A schickenein supraleitender Schaltkreis, der als Stromquelle für das Experiment, den Sensor und die Überlagerung diente.

Die Verbindung der beiden ermöglichte es den Forschern, den HBAR in Bewegung zu versetzen, sodass seine Schwingungen gleichzeitig in zwei Phasen zitterten, ein Phänomen, das wieder übertragen wurde.

Wie groß zukünftige Experimente werden könnten, ist eine offene Frage. In der Praxis kann das Überschreiten der Größengrenzen bei der Überlagerung zu neuen Wegen führen, um die Quantentechnologie leistungsfähiger zu machen oder die Grundlage für empfindlichere Werkzeuge zum Studium der Materie und des Universums zu bilden.

Grundsätzlich stellt sich noch die Frage, was es überhaupt bedeutet, dass Materie in Superposition ist. Trotz jahrzehntelanger Fortschritte bei der Präzisierung der Quantenmechanik gibt es sie Es ist immer noch nicht klar Warum das Öffnen der Kiste das Schicksal von Schrödingers Katze ändern sollte.

Was es bedeutet, Vielleicht Wirklichkeit werden zu lassen, bleibt ebenso ein Mysterium der Teilchenphysik wie damals, als Schrödinger seine absurde Idee von einer Katze ersann, die es nicht sein sollte.

Diese Forschung wurde in veröffentlicht Wissenschaften.