kvante underlighed slog igen i 2019. Et eksperiment beskrevet i Nature i Juni afviklede en lidenskabelig debat, der er splittede fysikere i over et århundrede, samtidig med at der rejses nye spørgsmål. Forskere meddelte, at de havde sporet et kvantespring i hidtil uset detaljer, hvilket viser, at det ikke kun er muligt at forudsige, hvornår en partikel kan hoppe, men også — bisarrt — vende det midt-hop.
“der er mere i historien om kvantefysik, end vi troede,” siger fysiker Minev, en forsker ved IBM, der ledede eksperimentet, mens han var på Yale University.
begrebet kvantespring opstod i 1913, da den danske fysiker Niels Bohr introducerede den revolutionerende ide om, at elektroner kun cirkler atomkernen i diskrete baner eller energiniveauer. Elektroner hopper fra et niveau til et andet, antog Bohr, ved at absorbere eller udsende en pakke energi, kaldet et kvante. Partiklerne kan eksistere på et eller andet niveau, men aldrig imellem. Ifølge denne ide er kvantespring øjeblikkelige og tilfældige.
andre fysikere har skældte imod tanken om, at en partikel springer så brat. “Hvordan går en overgang uden nogensinde at have været i midten?”spørger Minev. For at undersøge mid-jump mysterierne brugte Minev og hans samarbejdspartnere et “kunstigt atom”, en eksperimentel opsætning, der effektivt kan efterligne elektronadfærd, herunder et kvantespring.
kvantetilstande ændres, når de måles direkte, så for at undgå, at faldgrube minev og hans team i stedet observerede en fuldmagt: niveauet af fotoner reflekteret eller absorberet, da systemet ændrede tilstande og energiniveauer. De indsamlede og analyserede data på skalaen af mikrosekunder, hvilket gjorde det muligt for dem at se efter adfærd, der ikke var synlig med længere tidsintervaller. Yale fysiker og co-senior forfatter Michel Devoret sammenligner det med at se en film i langsom bevægelse. “Ligesom i biografen kan du se ting, du ikke kan se i hurtig hastighed.”
ved sådanne fine skalaer syntes kvantespringet mindre som en abrupt rykk og mere som en glat, kontinuerlig overgang fra en energitilstand til en anden. Forskerne bemærkede også, at systemet sendte et subtilt signal før et spring, og at de med en omhyggeligt kalibreret lyspuls kunne vende spring, der allerede var i gang. Manipulering af kvantetilstande på denne måde, siger Minev, kan være nyttigt i fejlkorrektion for kvantecomputere.
eksperimentet bekræfter, at under et kvantespring eksisterer partiklen virkelig i to tilstande på en gang. “På en typisk kvantemode var Bohr rigtig og forkert på samme tid,” siger minev.
