Matematiker vid universiteten i York, München och Cardiff har identifierat en unik egenskap hos kvantmekaniska partiklar - de kan röra sig i motsatt riktning till den riktning som de pressas i.

I vardagen, föremål färdas i samma riktning som deras fart - en bil i rörelse framåt går framåt, och absolut inte baklänges.

Dock, detta är inte längre sant på mikroskopiska skalor - kvantpartiklar kan delvis gå i back och rör sig i motsatt riktning till deras momentum. Denna unika egendom är känd som "backflow".

Ny upptäckt

Detta är första gången detta har hittats i en partikel där yttre krafter verkar på den. Tidigare, forskare var bara medvetna om denna rörelse i "fria" kvantpartiklar, där ingen kraft verkar på dem.

Med hjälp av en kombination av analytiska och numeriska metoder, forskare fick också exakta uppskattningar om styrkan i detta fenomen. Sådana resultat visar att återflöde alltid finns där men är en ganska liten effekt, vilket kan förklara varför det inte har mätts än.

Denna upptäckt banar väg för ytterligare forskning om kvantmekanik, och kan tillämpas på framtida experiment inom kvantteknologiska områden som datorkryptering.

Unikt för kvantpartiklar

Dr Henning Bostelmann, Forskare vid York's Department of Mathematics, sade:"Den här nya teoretiska analysen av kvantmekaniska partiklar visar att denna" backflow "-effekt är allestädes närvarande i kvantfysiken.

"Vi har visat att återflöde alltid kan uppstå, även om en kraft verkar på kvantpartikeln medan den färdas. Återflödeseffekten är resultatet av vågpartikeldualitet och kvantmekanikens sannolikhet, och det är redan väl förstått i ett idealiserat fall av kraftfri rörelse. "

Dr Gandalf Lechner, Forskare vid Cardiff's University's School of Mathematics, sade:"Styrkor kan naturligtvis få en partikel att gå bakåt - det vill säga, de kan återspegla det, och detta leder naturligtvis till ökat återflöde. Men vi kunde visa att även i ett helt reflektionsfritt medium, återflöde uppstår. I närvaro av reflektion, å andra sidan, vi fann att återflödet fortfarande är en liten effekt, och uppskattade dess storlek. "

Yttre krafter

Dr Daniela Cadamuro, Forskare vid tekniska universitetet i München, sade:"Återflödeseffekten inom kvantmekanik har varit känd under ett tag, men det har alltid diskuterats när det gäller "fria" kvantpartiklar, d.v.s. inga yttre krafter verkar på partikeln.

"Eftersom" fria "kvantpartiklar är idealiserade, kanske orealistisk situation, vi har visat att återflöde fortfarande uppstår när yttre krafter är närvarande. Detta innebär att yttre krafter inte förstör återflödeseffekten, vilket är en spännande ny upptäckt. "

"Dessa nya fynd gör att vi kan ta reda på den optimala konfigurationen av en kvantpartikel som uppvisar maximal mängd återflöde, vilket är viktigt för framtida experimentell verifiering. "