МОСКВА, 19 июл – РИА Новости. Ученые из MIT выяснили, что нейтрино могут находиться в состоянии квантовой суперпозиции, находясь одновременно в двух разных точках и состояниях на расстоянии в 735 километров, что является рекордным примером действия законов квантовой физики в макромире, говорится в статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters.
"Самое удивительное – многие из нас считали, что законы квантовой механики работают только на микроуровне. Оказывается, что мы не можем избавиться от их пут даже в тех случаях, когда мы описываем процессы, происходящие на больших расстояниях, изучая частицы, меняющие состояния при движении на сотни миль. Это потрясающее чувство", — заявил Дэвид Кайзер (David Kaiser) из Массачусетского технологического института (США).
Частица-оборотень
Нейтрино представляют собой мельчайшие элементарные частицы, которые "общаются" с окружающей материей только посредством гравитации и так называемых слабых взаимодействий, проявляющихся лишь на расстояниях, существенно меньше размеров ядра атома. В середине прошлого века ученые открыли три вида таких частиц — тау, мюонные и электронные нейтрино и тройку их "злых близнецов"-антинейтрино.
Наблюдения за Солнцем в 1960 годах и эксперименты нобелевских лауреатов Артура Макдональда и Такааки Каджиты раскрыли две важные вещи – то, что нейтрино разных видов умеют периодически превращаться друг в друга – этот процесс ученые называют "осцилляциями", и то, что они обладают ненулевой массой. С тех пор ученые наблюдают за этим процессом, пытаясь вычислить массу нейтрино по тому, как "охотно" разные типы этих частиц превращаются в два других их вида.
Кайзер и его коллеги выяснили, что осцилляции нейтрино нельзя описать, не используя законов квантовой механики, наблюдая за тем, что происходит с этими неуловимыми частицами при путешествии от их источника, излучателя NuMI, к детекторам MINOS в Лаборатории Ферми через половину территории США.
Во время этого "путешествия" часть нейтрино меняет свой тип, превращаясь, к примеру, из мюонного в электронное нейтрино. Так как MINOS вырабатывает исключительно мюонные нейтрино, с небольшой примесью электронной разновидности этих частиц, ученые могут следить за осцилляциями, замеряя доли электронных нейтрино на том и другом "конце".
Двойное существование
Изучая результаты подобных замеров, Кайзер и его коллеги натолкнулись на необычные и, как казалось на первый взгляд, необъяснимые расхождения в числе частиц, которые невозможно было описать при помощи классических физических теорий. Это натолкнуло их на мысль, что нейтрино могут находиться не в одном из двух состояний, а одновременно и в том и в другом, в виде квантовой суперпозиции.
Они проверили эту идею, используя неравенства Легетта-Гарга – особый набор уравнений и принципов, позволяющий определить, подчиняется ли тот или иной феномен законам классической физики, или же его можно объяснить только при помощи квантовой механики и нелокального характера взаимодействий и поведения частиц. По своей сути, он является аналогом знаменитых неравенств Белла, доказывающих сюрреалистичность квантовой механики. Главным отличием неравенств Легетта-Гарга является то, что они работают на макро-, а не микроуровне.
Анализируя поведение нейтрино с разными энергиями, ученые из MIT пришли к выводу, что эти частицы действительно вели себя так, если бы они находились в суперпозиции двух состояний – состояния "электронного нейтрино" и "мюонного нейтрино", каждое из которых мы можем случайным образом увидеть, замеряя свойства частиц. Это хорошо объясняет те странности в осцилляциях частиц, которые были зафиксированы детекторами MINOS.
"Людям не нравится квантовая механика по той причине, что, с одной стороны, она очень точно описывает процессы в микромире, но с другой, к ней "в нагрузку" идет весь этот багаж контринтуитивных и просто странных концепций. Поэтому мне нравятся такие эксперименты – нейтрино вели себя так же, как семья людей в дороге, двигаясь через те же города и места, что и мы. И даже в привычном нам мире мы все равно не можем отказаться от квантовой механики – нам реально удалось увидеть то, что квантовые эффекты работают на макромасштабах", — заключает Кайзер.
