188 obserwujących
901 notek
1867k odsłon
5839 odsłon

OGÓLNA TEORIA WZGLĘDNOŚCI A ŚWIAT KWANTOWY

Wykop Skomentuj155

 

 W eksperymencie Kloe-2 mamy do dyspozycji dwa mezony K-zero[pozbawione ładunku elektrycznego] występujące w dwóch odmianach: krótkożyciowej i długożyciowej. Dzięki niewielkiej różnicy mas tych cząstek można zaobserwować charakterystyczne, oscylujące widmo ich czasów rozpadów.Interferencję kwantową można obserwować w oscylacjach wartości   związanych z nią parametrów fizycznych. Na przykład w widmie różnicy czasu pomiędzy rozpadami kaonów , widoczne są charakterystyczne prążki interferencyjne.
Jak wiadomo z teorii grawitacji Einsteina, istnieje grawitacyjna dylatacja czasu. Wobec tego należy oczekiwać dekoherencji [zaburzenia] interferencji kwantowej dwóch kaonów na skutek zmiany widma oscylacji ich czasów rozpadów pod wpływem różnicy potencjałów grawitacyjnych Ziemi, dla dwóch różnych wysokości nad poziomem miejsca, gdzie wykonujemy eksperyment.

 

Inną europejską grupą badawczą, zajmującą się projektem zbadania występowania efektu grawitacyjnej dylatacji czasu w świecie układów kwantowych jest zespół doktorantów z Uniwersytetu Wiedeńskiego, kierowany przez prof. Caslava Bruknera, w ramach grantu Komisji Europejskiej o nazwie Q-essence.

 

W grupie tej , z dużym powodzeniem działa polska fizyczka, Magdalena Zych, absolwentka Międzywydziałowych Studiów Matematyczno Przyrodniczych Uniwersytetu Łódzkiego. Chyba na początku 2012 roku, słuchałem jej gościnnej prelekcji na seminarium UW i jestem pełen podziwu dla jej intuicji fizycznej, wiedzy i talentu doświadczalnika w bardzo trudnej technologicznie dyscyplinie optyki kwantowej ,gdzie występują interferencja kwantowa, splątanie kwantowe, teleportacja kwantowa, itd.

 

Mag. Magdalena Zych 

 

Projekt eksperymentu ,który ma wykazać ,że czas dla atomu znajdującego się dalej od powierzchni Ziemi biegnie inaczej[szybciej],niż dla tego samego atomu, będącego bliżej jest opisany w pracy [4], a ten sam efekt dla fotonu, w pracy [5].Ostatnia praca uzyskała takie uznanie i wyróżnienie :

26. Nov 2013  —The paper “General relativistic effects in quantum interference of photons” by M. Zych, F. M. Costa, I. Pikovski, T. Ralph, Č. Brukner has been selected by the Editorial Board of “Classical and Quantum Gravity” to be one of the Journal's Highlights of 2012–2013 in the field of Quantum Gravity.”

Eksperymenty, o których piszę w tym artykule należą do interferometrii fal de Broglie’a [ fal „psi”,fal prawdopodobieństwa].Umożliwiają one weryfikację ogólnej relatywistycznej koncepcji czasu w skali kwantowej.

Sercem i duszą tej techniki eksperymentalnej jest przyrząd zwany interferometrem Macha-Zhendera [ rys.1].

 

rys.1 

Macha-Zehnedera interferometr zbudowany jest z układu dwóch płasko-równoległych półprzepuszczalnych zwierciadeł i dwóch zwierciadeł płaskich.

W ujęciu klasycznym,  równoległa wiązka światła rozdzielona na pierwszym półprzepuszczalnym zwierciadle prowadzona jest (za pomocą zwierciadeł) po dwóch drogach i ponownie złączona po dotarciu do drugiego półprzepuszczalnego zwierciadła. Powstająca interferencja światła obserwowana jest za pomocą układu soczewkowego.

 

Jednak w optyce kwantowej interferometr M-Z może badać także interferencję amplitud fal prawdopodobieństwa jednego fotonu. Foton może być odbity[R], lub przepuszczony[T] na lustrze nr.1 i każde z tych zdarzeń ma jakąś amplitudę prawdopodobieństwa.

 Mamy więc cztery drogi ,cztery historie fotonu[ RR,TT,RT,TR]w jego podróży od wejścia, do detekcji.   
 Nie wiemy ,które z tych zdarzeń wystąpiło, bo rejestrujemy foton dopiero po oddziaływaniu jego z lustrem nr.2 ,a na tym lustrze foton też dokonuje wyboru R lub T z określoną amplitudą prawdopodobieństwa. Amplitudy prawdopodobieństwa zaś, w przeciwieństwie do prawdopodobieństw, mogą być ujemne i mogą się znosić przy dodaniu.

 

W projekcie eksperymentu wiedeńskiej grupy badawczej interferometr M-Z dużych rozmiarów jest ustawiony pionowo i występuje różnica potencjału grawitacyjnego Ziemi dla dwóch różnych dróg fotonu [jedna jest wyżej ,na wysokości h nad powierzchnią Ziemi].

 Bild

Na skutek tej różnicy potencjału ,w myśl GR powinna wystąpić różnica faz funkcji falowej fotonu [foton jest swoistym „zegarem”] i dekoherencja interferencji mierzonej w detektorze. Będzie to dowód wpływu grawitacji[krzywizny czasoprzestrzeni] na funkcję falową fotonu, czyli ujawnienie jedności fizyki makro z fizyką mikro w warstwie empirycznej.

 

„Dekoherencja interferencji może być całkowita lub częściowa i jest tym większa, im bardziej różnią się od siebie stany „wskazówek zegara”, który podróżował wyżej nad Ziemią, względem stanu „wskazówki zegara”, który podróżował niżej.Badania teoretyczne procesu oddziaływania fotonu z otoczeniem pokazują , ż ingeruje tutaj równocześnie komplementarność między położeniem fotonu a obrazem interferencyjnym. 

Zdaniem Magdaleny Zych ,dekoherencja interferencji w eksperymencie może być podstawą do tego by czas traktować jak własność kwantową cząstek[kwantów],na równi z położeniem lub pędem czy energią. Oznacza to, że musielibyśmy zmienić nasze rozumienie czasu w mechanice kwantowej.

Natomiast unifikacja formalizmów tych dwóch teorii GR oraz QM pozostanie nadal zadaniem dla myśli teoretycznej o przyrodzie. 

 

Literatura

[1]S.Chandrasekhar,Prawda I piękno,Warszawa,1999,str.207-239

[2] S.G. Turyshev “Experimental tests of general relativity: recent progress and future directions”, Physics-Uspekhi, 52

1–27, ,2009

[3]P.J.E.Peebles, PROBING GENERAL RELATIVITY ON THE SCALES OF COSMOLOGY, 2004, arXiv:astro-ph/0410284

[4]S.Miscetti,Status and prospects for the KLOE-2 experiment , Journal of Physics: Conference Series 335 (2011)

[5] M.Zych,F.Costa,I.Pikovski,C.Brukner,Quantum interferometric visibility as a witness of general relativistic proper time, Nature Communications,2,505,2011

 

[6]M.Zych, F. Costa, I. Pikovski, T. C. Ralph, C. Brukner, General relativistic effects in quantum interference of photons,

 Class. Quantum Grav. 29 ,2012

[7] I.Pikovski,M.Zych,F.Costa,C.Brukner,Universal decoherence due to gravitational time dilation, preprint,5.XI.2013, arXiv:1311.1095

 

 

Wykop Skomentuj155
Ciekawi nas Twoje zdanie! Napisz notkę Zgłoś nadużycie

Więcej na ten temat

Salon24 news

Co o tym sądzisz?

Inne tematy w dziale Technologie