Могут ли атомы быть в двух местах одновременно?

Можно ли одновременно забить гол и не попасть по воротам? В мире самых маленьких объектов — да: в соответствии с предсказаниями квантовой механики, микроскопические объекты могут выбирать разные пути одновременно. Мир же макроскопических объектов подчиняется другим правилам: футбольный мяч, например, всегда движется в определенном направлении. Но могут быть и лазейки. Физики из Университета Бонна создали эксперимент, который должен по возможности проверить это. Первый эксперимент покажет, могут ли атомы цезия выбирать два пути одновременно.

Почти 100 лет назад физики Вернер Гейзенберг, Макс Борн и Эрвин Шредингер создали новую область физики: квантовую механику. Объекты квантового мира — согласно квантовой теории — не двигаются по одной хорошо определенной траектории. Скорее они могут одновременно принимать различные пути и в конечном итоге оказываться в разных местах. Физики называют это квантовой суперпозицией.

На уровне атомов все выглядит так, будто объекты строго подчиняются квантово-механическим законам. На протяжении многих лет многие эксперименты подтвердили предсказания квантовой механики. Но в нашем макроскопическом опыте мы наблюдаем, как футбольный мяч выбирает исключительно один путь. Он никогда не попадет в сетку ворот и отскочит от штанги одновременно. Почему так?

Могут ли большие объекты играть по другим правилам?

Может быть и так, что футбольные мячи подчиняются совершенно другим правилам, отличным от тех, что применимы к одиночным атомам. «Давайте поговорим о макрореалистичном представлении мира, — говории Альберти. — В соответствии с этой интерпретацией, мяч всегда движется по определенной траектории, независимой от нашего наблюдения, и отличается от атома».

В сотрудничестве с Клайвом Эмари из Университета Халла в Великобритании, команда Бонна придумала экспериментальную схему, которая поможет выявить правильную интерпретацию. «Задача в том, чтобы разработать схему измерения позиций атомов, которая позволит фальсифицировать макрореалистичную теорию», — добавляет Альберти.

Описание эксперимента появилось в журнале Physical Review X: физики захватили единичный атом цезия с помощью двух оптических пинцетов и перенесли его в двух разных направлениях. В мире макрореалиста атом в итоге окажется в одном из двух конечных пунктов. С точки зрения квантовой механики, атом окажется в суперпозиции двух положений.