Австрийские физики провели с помощью нейтронной интерферометрии измерения неравенства Леггетта — Гарга и пришли к четкому выводу: никакая классическая теория не может верно описать реальность. Это исследование стало новым доказательством того, что частица может находиться в суперпозиции двух состояний, связанных с разными точками пространства — даже на расстоянии нескольких сантиметров.

Можно ли описать поведение квантовых объектов классической теорией, или частицы действительно могут находиться в нескольких местах одновременно, как утверждает квантовая физика? В 1985 году ученые Энтони Леггетт и Анупам Гарг предложили свой ответ на этот вопрос: если мир можно описать в теории без суперпозиции и других квантовых феноменов, он должен подчиняться определенному неравенству. Если мир и правда квантовый, это неравенство будет нарушено.

Неравенство Леггитта — Гарга идейно похоже на более известное неравенство Белла, которое описывает, как связано поведение двух запутанных объектов. Разница в том, что неравенство Леггитта — Гарга касается изменения состояния объекта во времени.

Ученые исходили из того, что объект можно измерить в различные моменты времени. Каждое измерение должно дать один из двух возможных результатов. В таком случае, возможно провести статистический анализ того, насколько сильно результаты различных моментов коррелируют друг с другом, даже не зная, как изменилось состояние объекта во времени. Если теория классического реализма верна, то уровень корреляций не может быть выше определенного предела (К быть меньше 1). Если же объекты подчиняются законам квантовой теории, то К будет больше 1.

Прошлые эксперименты уже демонстрировали нарушения неравенства Леггитта — Гарга в нескольких квантовых системах, включая фотонные кубиты, ядерные спины и сверхпроводящие кубиты. Однако в исследованиях, проведенных физиками из Венского технического университета, есть ряд важных особенностей, сообщает Physics World. Использование нейтронного интерферометра позволило измерить положение нейтронов в трех отдельных регионах: перед, внутри и позади интерферометра.

Сопоставив результаты нескольких раундов экспериментов, физики показали, что неравенство Леггитта — Гарга действительно нарушается: К = 1,12 ± 0,026.

«Полученные нам результаты нельзя объяснить в рамках макрореалистических теорий, только квантовой теорией», — заявил Спонар. Судя по данным измерений, нейтрон должен находиться в когерентной суперпозиции состояний системы. Это фундаментальное свойство квантовой механики.

Физики из США и Канады разработали и провели эксперименты с кристаллическим материалом, фторидом иттрия и лития, легированным гольмием. И стали свидетелями самого крупного макроскопического квантового феномена в лабораторных условиях — квантового туннелирования огромного количества магнитных спинов.

Источник: ХайТек+