Физики уточнили поведение атомных ядер

Ученые из университета Сингапура (NUS) и Университета Нового Южного Уэльса (UNSW) совершили значительный прорыв в области квантовой физики, доказав, что вращающееся атомное ядро действительно является квантовым ресурсом. Работа, опубликованная в журнале Newton, была проведена под руководством профессора Валерио Скарани из NUS и профессора Scientia Андреа Морелло из UNSW. Их исследование опровергает давнее предположение о том, что вращающиеся частицы, такие как протоны или электроны, ведут себя исключительно как классические объекты, подобные вращающемуся колесу, если они свободны от воздействия магнитного поля.

Традиционно считалось, что вращение частиц в магнитном поле можно описать классической физикой, что делало ненужным понимание квантовой механики для работы с определенными технологиями. Однако новая работа демонстрирует, что при некоторых условиях атомное ядро проявляет квантовые свойства, которые невозможно объяснить классической физикой. Это открытие стало возможным благодаря сложным экспериментам, проведенным на одном атоме с использованием сверхточного оборудования.

Профессор Скарани вдохновился на это исследование после знакомства с работой российско-израильского математика Бориса Цирельсона, который изучал вероятность обнаружения объектов в определенных местах при их ритмичном движении. Скарани задался вопросом, можно ли применить подобный подход к вращению квантовых объектов. Вместе со своим студентом Зо Лином Хту он разработал теорию, которая предполагала, что в особых состояниях атомное ядро может демонстрировать квантовые свойства.

Эксперименты, проведенные в сотрудничестве с профессором Морелло и его командой, подтвердили эту теорию. Используя ядро атома сурьмы, исследователи провели серию измерений, которые показали статистически значимое отклонение от классического поведения. Это отклонение, хотя и небольшое, стало доказательством квантовой природы вращающегося ядра. Особое квантовое состояние, известное как «состояние кота Шредингера», сыграло ключевую роль в этом эксперименте.

Профессор Морелло подчеркнул, что это исследование бросает вызов устоявшимся представлениям и учебникам, демонстрируя, что даже спустя 100 лет после создания квантовой механики остаются фундаментальные вопросы, требующие ответов. Он назвал эту работу «интеллектуальной красотой», которая приносит удовлетворение от наблюдения истины, а не только от практического применения.

Это открытие имеет важное значение для будущего квантовых технологий, особенно в области квантовых вычислений, где состояния кота Шредингера могут стать ключевыми ресурсами. В рамках Международного года квантовой науки и технологий, объявленного ООН в 2025 году, это исследование подчеркивает продолжающееся значение квантовой механики и ее потенциал для новых открытий.