تایید یکی از قوانین مهم مکانیک کوانتوم

پیشرفت‌های تکنولوژیکی باعث شده امکان انجام یکی از آزمایش‌های پیشنهاد شده توسط «آلبرت اینشتین» در مورد قوانین مکانیک کوانتوم فراهم شود. محققین توانسته‌اند در این آزمایش شواهد برهم‌نهی کوانتومی را با استفاده از یک ذره‌ی منفرد و بدون استفاده از روش‌های آماری مشاهده کنند.

اخیراً تیمی از دانشمندان، آزمایش دو شکاف را با استفاده از نوترون انجام داده‌اند. آن‌ها در این آزمایش، تجهیزات اندازه‌گیری چرخش را نیز اضافه کرده‌اند تا بتوانند مسیر طی شده توسط هر نوترون را نیز بررسی کنند. این کار چیزی است که نسل‌های قبلی فیزیکدانان فقط می‌توانستند تصور آن‌را داشته باشند، ولی اکنون با پیشرفت تکنولوژی، عملی شده است. دانشمندان نتایج انجام این آزمایش را در مجله‌ی Physical Review Research منتشر کرده‌اند. آن‌ها نشان داده‌اند که نتایج با دو نصف شدن نوترون و رد شدن هر نصف نوترون از درون یکی از شکاف‌ها مطابقت دارد.

دانشمندان برای انجام این آزمایش از یک جداکننده‌ی استاندارد پرتو استفاده کردند و به کمک آن توانستند نوترون‌ها را به سمت دو مسیر ممکن هدایت کنند. آن‌ها بر روی یکی از مسیرهای پیش‌بینی شده میدان مغناطیسی اعمال کردند و سپس اثر این میدان را بر روی چرخش هر نوترون اندازه‌گیری کردند. آن‌ها نشان داده‌اند که ذره‌های منفرد به دلیل اعمال میدان مغناطیسی در یکی از مسیرها، دچار شکست می‌شوند و هر کدام از تکه‌ها در یکی از مسیرها حرکت می‌کنند. آن‌ها مدعی هستند که حضور در این مسیرها به‌صورت میانگین آماری در نظر گرفته نشده است، بلکه روی هر کدام از نوترون‌ها این محاسبات انجام شده است.

طی این آزمایش، در واقع ادعایی که فیزیکدانان به مدت یک قرن داشتند اثبات شده است و روش مورد استفاده در این کار نیز چیزی بوده که بسیاری از محققین آن را غیرممکن می‌دانستند.

آزمایش دو شکاف معمولاً جزء مقدمات فیزیک کوانتوم است. در این آزمایش، نور به سمت صفحه‌ای که دارای دو شکاف نازک است، تابیده می‌شود و در پشت صفحه به یک دیواره برخورد می‌کند. در جهانی که ما با آن آشنا هستیم، به‌عنوان مثال آب عبوری از این دو شکاف با هم تداخل پیدا می‌کنند، ولی اجسام جامدی مانند توپ فوتبال تنها از یکی از شکاف‌ها عبور می‌کند و در ورود به و یا خروج از شکاف، توپ‌ها با یکدیگر تداخل ندارند. نور و دیگر ذرات زیراتمی ترکیبی از این دو مورد هستند.

در آزمایش کلاسیک دو شکاف، در پشت دو شکاف الگوی تداخل به‌وجود می‌آید. ذرات به‌صورت موج از هر دو شکاف همزمان عبور می‌کنند و موج‌های جزئی خروجی با یکدیگر تداخل می‌کنند. در واقع به این صورت می‌توان نشان داد که در ابعاد بسیار کوچک، اجسام می‌توانند همزمان به صورت ذره و به شکل موج وجود داشته باشند.

فیزیکدانان این آزمایش را به وفور انجام داده‌اند و توانسته‌اند نور تابیده شده بر روی صفحه‌ی دو شکاف را چنان کم کنند که تنها یک فوتون به صفحه‌ی دو شکاف برسد. در این حالت فوتون به نحوی رفتار کرده است که انگار چندین فوتون وجود داشته است و برخی از آن‌ها از شکاف اول و برخی دیگر از شکاف دوم عبور کرده‌اند و به این ترتیب ماهیت دوگانه‌ی فوتون مشخص شده است. عبور همزمان یک فوتون از دو شکاف یکی از مثال‌های برهم‌نهی کوانتومی است و طی آن یک جسم همزمان در دو نقطه وجود دارد. با این حال، این آزمایش برای اینکه نتایج مطلوب را به دست دهد، باید با قوانین آماری نیز ترکیب شود.

اکنون دانشمندان به جای فوتون از نوترون استفاده کرده‌اند و توانسته‌اند بدون استفاده از داده‌های آماری اصل برهم‌نهی کوانتومی را اثبات کنند.