ダブルスリット実験の中性子は実際に個別に両方の経路をたどります

量子力学の重要な原理は、技術の進歩によって可能になった、アインシュタインによって提案された思考実験のバリエーションによって確認されました。 研究者は、統計的手法ではなく、個々の粒子を使用した量子重ね合わせの証拠を提供します。

科学者のチームは、中性子を使用して二重スリット実験を行い、スピン測定装置を追加して、前世代の物理学者が想像しただけの厳密な方法で各中性子がたどる経路を調査しました。 ジャーナルPhysicalReviewResearchで、著者は、中性子がそれ自体を分割し、一部が各スリットを通過することと一致する結果を報告しています。

TUWienのAtomicInstituteのStephanSponar博士と共著者は、標準のビームスプリッターを使用して、中性子が2つの可能な経路に沿って移動できるようにしました。 彼らは1つの経路にのみ磁場をかけ、次に各中性子のスピンへの影響を測定しました。

「結果は、個々の粒子がパスの1つに印加された磁場の特定の部分を経験することを示しています。これは、2つのパスの干渉が記録される前に、粒子の一部または倍数がパスに存在したことを示しています。」紙の主張。 「得られたパスプレゼンス […] 統計的な平均ではありませんが、すべての個々の中性子に適用されます。」

実験の概略図; 標準的な2スリット実験ですが、陽子ではなく中性子を使用し、1つの経路に磁場を置いて中性子スピンを変更します。 画像クレジット:Lemmel et al./Physical Review Research

この研究は、物理学者がほぼ1世紀にわたって主張してきたことを裏付けていますが、多くの人が不可能と考えている方法をとっています。

量子物理学のコースの紹介には、通常、2スリットの実験が含まれます。この実験では、スライドの2つの狭いギャップに光が当たってから、後ろのスクリーンに当たります。 私たちがよく知っている世界では、このように2つのスリットを通過する水は、2つの波が相互作用するときに干渉パターンを作成します。 一方、野球などの固体の物体は、どちらかのスリットを通過し、その後は互いに干渉しません。

軽い、または亜原子粒子は、2つを組み合わせます。 「古典的な二重スリット実験では、干渉パターンが二重スリットの後ろに作成されます」とSponarは声明で述べました。 「粒子は同時に両方の開口部を通って波として移動し、2つの部分波は互いに干渉します。ある場所では互いに補強し、他の場所では互いに打ち消し合います。」

これは、非常に小さいレベルで、物事が粒子と波の両方になり得る方法のデモンストレーションです。

物理学者はこの効果を何十年にもわたって実証しており、光源から放出される光を、一度に1つの光子だけがスライドに到達するような低レベルにまで減らしています。 これが発生すると、光子は複数の光子が存在するかのように干渉し、一部は一方のスリットを通過し、一部はもう一方のスリットを通過し、その二重の性質を証明します。 両方のスリットを同時に通過する光子は、量子重ね合わせの例であり、オブジェクトは同時に2つの場所にあります。

しかし、学生がこの量子的なものを彼らが言われたほど理解するのは難しいことではないと決定しているように、彼らはカーブボールで打たれます。 光子の通過を測定すると、重ね合わせが失われます(少なくとも測定が信頼できる場合)。 観察の行為は結果を変えます。 これを回避し、実際の重ね合わせを明らかにするために、画面上の複数の光子が着地する場所の統計分析を使用する必要がありました。

ここで、チームは光子を中性子に置き換えました。 それでも彼らは、測定が重ね合わせを破壊することなく中性子を測定したと主張している。 著者の高度な装置は、結果を歪めることなく、各中性子のスピンが磁場によってどれだけ変化したかを決定することができました。

「単一の粒子を測定するとき、私たちの実験は、それが同時に2つの経路をたどったに違いないことを示し、それぞれの比率を明確に定量化します」とSponar氏は述べています。 実験が確認されれば、重ね合わせに頼ることなく、以前の二重スリット実験の結果を説明する後衛の試みを終わらせるでしょう。

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