Ett internationellt team av forskare har föreslagit ett nytt sätt att göra atomer eller joner oskiljbara genom att byta position. Dessa partiklar förväntas sedan uppvisa exotiska egenskaper. Studien involverade fysiker från universitetet i Bonn, österrikiska vetenskapsakademin, och University of California. Verket har nu publicerats i Fysiska granskningsbrev .

Tänk dig att du spelar spelet "Find the Lady" - faktiskt en mycket enkel version av det:croupiern är ingen härdad konstnär, utan snarare en helt ärlig kvinna. Och på bordet framför henne ligger bara två koppar, inte tre. Dessa är gjorda av svart plast och ser så lika ut att du - försök som du kan - inte kan skilja den ena från den andra.

Croupiern flyttar båda kopparna bakåt och framåt. Hennes drag är mycket snabba och fingerfärdiga. Ändå, med lite koncentration, du lyckas följa hennes drag. I slutet, du kan korrekt ange vilken av kopparna som ursprungligen var till vänster och vilken till höger.

Men vad skulle hända om du blundar när kopparna flyttas? I detta fall, du kan bara gissa. Trots allt, till dig, båda kopparna ser helt identiska ut. Självklart, de är inte riktigt så - kopp 1 förblir kopp 1, oavsett hur ofta det byter plats med cup 2.

Dock, i världen av de minsta sakerna, experiment kan utföras där identiteten inte är så tydlig. Att spela ett spel som "Find the Lady" i kvantvärlden har nu föreslagits av fysiker vid Institute of Applied Physics (IAP) vid University of Bonn tillsammans med sina kollegor från Österrike och USA.

På olika ställen samtidigt

I kvantvärlden, kopparna ersätts av två atomer som är exakt i samma atomära tillstånd. "Sådana atomer kan produceras i specialiserade laboratorier med toppmodern teknik, "förklarar prof. Dieter Meschede från IAP." De är faktiskt helt desamma och skiljer sig bara åt på grund av den position där de befinner sig. "

När du spelar "Find the Lady" i atomernas värld, du har lite extra frihet. Till exempel, forskare kan räkna med det kvantmekaniska fenomenet enligt vilket partiklar kan vara på två olika platser samtidigt. Genom att smart använda detta fenomen, atom 1 och 2 kan, med en viss tur, byta plats utan att någon märker det.

Med andra ord:i slutet av kvantmanipulationen, observatören har inget sätt att - principiellt - säga om atom 1 faktiskt fortfarande är atom 1 eller om den har bytts ut med atom 2. För standardkoppar, det skulle fortfarande vara möjligt att skilja dem åt på ett tillförlitligt sätt med hjälp av de minsta skillnaderna, till exempel ett mikroskopiskt litet hål. Detta är inte fallet för identiskt framställda atomer; de är exakt samma. "I slutet av experimentet, det är alltså inte längre möjligt - i vilken form som helst - att identifiera vilken av de två atomerna som är nummer 1 och vilken som är nummer 2, "förklarar doktor Andrea Alberti från IAP.

Detta har också filosofiska konsekvenser. Den tyske filosofen Gottfried Wilhelm Leibniz (1646–1716) krediteras med påståendet att två objekt är identiska när inga skillnader kan urskiljas mellan dem. Efter Leibniz logik, de växlade atomerna måste då ha förlorat en del av sin individualitet:de är två, men de är på något sätt en.

Förbluffande, båda är också 'anslutna' till varandra efter byte av plats:vissa egenskaper hos båda partiklarna, såsom spinnet - en rotationsriktning för en atom - beror på båda partiklarna. Om du observerar centrifugeringsorienteringen för atom 1, då vet du omedelbart centrifugeringsorienteringen för atom 2 - även utan att direkt observera den. "Det är som om du kastar två mynt oberoende av varandra, "förklarar Andrea Alberti." Om ett mynt visar huvuden, då måste detta också vara fallet för den andra. "Fysiker talar om" intanglement ".

IAP -forskarna arbetar för närvarande med att omsätta sitt teoretiska förslag i praktiken. Experimentet kan också utföras i en modifierad form med andra partiklar som joner - en väg som kollegorna vid Institute for Quantum Optics and Quantum Information i Innsbruck vid den österrikiska vetenskapsakademien vill ta. "Vi förväntar oss av dessa studier, där vi med hög precision styr exakt två kvantpartiklar, nya rön om den grundläggande kvantmekaniska utbytesprincipen, "hoppas Alberti.