Самым известным мысленным экспериментом в квантовой механике, несомненно, является «кот Шрёдингера» (Schrödinger’s cat). Животное, находящееся между жизнью и смертью, словно переносит капризы квантового мира на классические объекты. Физики из института квантовой оптики Макса Планка (Max-Planck-Institut für Quantenoptik) и Института фотонных наук (Institut de Ciencies Fotoniques ― ICFO) мечтают провести похожий опыт в реальности.
Квантовая механика утверждает, что, будучи наблюдаемой, каждая частица может находиться только в дискретных состояниях. То есть измерение, к примеру, спина может дать только два значения «вверх» или «вниз». Но ещё в 1930-х годах австрийский физик Эрвин Шрёдингер (Erwin Schrödinger) показал, что до проведения измерения частица находится в суперпозиции возможных состояний и только в момент наблюдения «коллапсирует» к одному из них.
Обычно в таком неопределённом положении живут крошечные неодушевлённые объекты, например атомы. Что же получится, если попробовать создать суперпозицию квантовых состояний для большего объекта, ещё и относящегося, по некоторым представлениям, к миру живой природы?
Доктор Ориол Ромеро-Исарт (Oriol Romero-Isart) и его коллеги предлагают провести эксперимент по «подвешиванию» вируса табачной мозаики (tobacco mosaic virus) в суперпозиции двух квантовых состояний. Его стержнеобразная форма (50 нанометров в диаметре и 1 микрометр в длину) больше всего понравилась учёным.
Для начала они предлагают поместить вирус в вакуум, где его поймает в ловушку созданное лазером электромагнитное поле. Затем другим лазером команда исследователей намеревается замедлить движение вируса, пока он совсем не остановится в одном из самых низких энергетических состояний.
Как только это произойдёт, физики с помощью фотона заставят его перейти в суперпозицию двух квантовых состояний: до проведения измерения вирус, по идее, должен будет находиться в «смеси» движения и неподвижности одновременно.
Уже сейчас некоторые учёные оспаривают научную ценность эксперимента. Так, многие из них считают, что вирус нельзя назвать живым организмом. На что Ромеро-Исарт отвечает: то же самое можно проделать с микроскопическими тихоходками (Tardigrada). Науке известно, что они могут выжить в космическом вакууме в течение нескольких дней. Уж они-то точно вполне сгодятся на роль «кота Шрёдингера».
Есть и ещё одно возражение. «Я абсолютно уверен, что вирус, сравнимый по размерам с микроскопическим неодушевлённым объектом, будет вести себя так же, как и неорганическая молекула», — говорит профессор Мартин Пленио (Martin Plenio) из Имперского колледжа Лондона. Тем не менее и ему интересно было бы попробовать провести подобный эксперимент, ведь квантовая механика предполагает, что теоретически в суперпозиции состояний может оказаться даже столь крупный объект, как автомобиль или человек. Чтобы узнать, насколько это реально, надо же с чего-то начать.
Больше о новом предложении физиков можно узнать из статьи, которая пока расположилась на сервере препринтов arXiv.org. Узнайте также о том, как другим учёным удалось "вернуть" смешанное квантовое состояние частицы обратно после измерения этого самого состояния.
