Мезоны устраивают "похороны" классической физике
Хорошо известные в квантовой механике неравенства Белла впервые были проверены в эксперименте с участием высокоэнергетичных частиц в лаборатории KEK в Японии. Причем именно нарушение этих знаменитых неравенств и является серьезным аргументом в пользу истинности современного понимания квантовой теории (копенгагеновская интерпретация) и позволяет "похоронить" так называемые "теории скрытых параметров", в определенном смысле привязанные к классической физике. Ранее уже неоднократно проводились эксперименты по проверке этих неравенств (и смысл полученных результатов был тем же), однако в них участвовали пары фотонов или ионы (нуклоны), теперь же речь идет о нестабильных частицах B-мезонах.
Чтобы экспериментально проверить эти неравенства, в общем случае необходимо провести измерения свойств пары частиц, которые являются разделенными в пространстве в смысле Специальной теории относительности, другими словами, у этих частиц не должно быть возможности обмениваться какими-либо сигналами, путешествующими со скоростью, меньшей или равной скорости света, в пределах продолжительности эксперимента - возможные корреляции могут быть обусловлены только их общим прошлым (иначе это называют "белловской локальностью" или "несепарабельностью").
В типичном эксперименте по проверке неравенств Белла рассматривается поляризация пары фотонов - измеряется относительный угол между осями поляризации. Квантовая механика предсказывает, что между частицами могут существовать "нелокальные" корреляции. Это означает, что, если один фотон поляризован, скажем, в вертикальном направлении, другой будет всегда "поляризоваться" в горизонтальном направлении, независимо от того, как далеко ему удастся "убежать" с момента рождения. Собственно, речь идет о парадоксе Эйнштейна-Подольского-Розена (ЭПР-парадокс) - вторая частица как бы мгновенно "узнает" о том, какие "показания" дала приборам первая частица. Нарушение неравенств Белла связано с тем, что поворот одного прибора, регистрирующего частицу, согласно квантовой механике, меняет информацию о системе и, следовательно, определенным образом влияет на вероятность регистрации частицы другим прибором, несмотря на то, что никакого материального носителя этого влияния (частицы или поля) не существует. Связано это с тем, что при измерении в квантовой механике происходит редукция волнового пакета. Однако некоторые физики утверждали, что такого не может быть, и что квантовые частицы будут иметь локальные значения, известные под именем "скрытые переменные" - то, что мы не можем измерить.
Белл и другие теоретики показали, что существует возможность экспериментально выяснить, какой подход ближе к истине - то есть выбрать между квантовой механикой и теориями скрытых переменных. В ходе такого эксперимента измеряют некий параметр S. Грубо говоря, локальные теории предсказывают, что S всегда будет меньше двух, тогда как квантовомеханическое предсказание - это S = 2√2. Когда S больше двух, говорят, что неравенства Белла нарушаются, что в свою очередь свидетельствует о несправедливости в квантовой механике так называемого критерия реальности физических величин Эйнштейна-Подольского-Розена (о том, что в полной физической теории каждый элемент физической реальности должен иметь отражение), по которому свойства частиц, описываемые некоммутирующими операторами (проекция спина на разные направления и т.п.), существуют независимо от их наблюдения. Согласно копенгагенской интерпретации и относительности к средствам наблюдения В.А.Фока (близкому к принципу дополнительности Бора), эти свойства характеризуют не столько сам объект, сколько отношение объекта к прибору, с помощью которого наблюдается это свойство, что и доказывают эксперименты, в которых неравенства Белла нарушаются.
Аполло Го (Apollo Go) из Национального центрального университета (National Central University) на Тайване в сотрудничестве с коллаборацией Belle (вероятно, можно говорить об игре слов: Bell - британский физик Джон Стюарт Белл, именем которого названо неравенство, а 'belle' - по-английски и по-французски 'красавица') поставил эксперимент на мезонной B-фабрике KEK. Установка представляла собой ускоритель, в котором сталкиваются встречные пучки электронов и позитронов, за счет чего рождаются пары B-мезонов и их соответствующих античастиц, которые в свою очередь распадаются на более легкие частицы. Пары мезонов при этом ведут себя подобно парам фотонов, но вместо того, чтобы анализировать корреляции между направлениями их поляризации, в данном эксперименте изучались корреляции между другими параметрами античастиц и частиц при помощи методики, известной как "маркировка аромата" ("flavour tagging"). В результате Го и его коллеги выяснили, что S = 2,725 с "хорошей" погрешностью.
Группа теперь планирует изучить корреляции античастиц и частиц более детально и "прозондировать" таким образом границу между классической и квантовой механикой.
Источник:
Mesons violate Bell's inequality - PhysicsWeb
Observation of Bell Inequality violation in B mesons - arXiv
Ссылки:
Теорема Белла и реалистические интерпретации квантовой теории - Философские проблемы физики элементарных частиц
Что мы не понимаем и что не принимаем в СТО - Дискуссия на membrana.ru
Физическая энциклопедия под редакцией А.М.Прохорова. Т.1. М., 1988
Обсудить
Дословно
Аполло Го из Национального центрального университета на Тайване
(об эксперименте с B-мезонами, подтверждающем нарушение неравенств Белла)
Если квантовая механика претендует на фундаментальное описание природы, то нелокальные корреляции должны обнаруживаться при использовании любых квантовомеханических величин. В этом эксперименте мы проверяем квантовое число, которое никогда не проверялось прежде. Кроме того, это квантовое число частиц-античастиц - очень важная величина в физике элементарных частиц, результаты могут иметь большое значения для всей этой области - я жду комментариев от других теоретиков, занимающихся элементарными частицами!
А.Шимони (A.Shimoni)
Физическое значение неравенств Белла заключается, по-моему, в том, что они допускают почти решающую проверку картин мира, отличающихся от картины мира квантовой механики. Это, безусловно, не подразумевает, что квантовая механика, как она теперь формулируется, никогда не будет вытеснена или улучшена какой-то новой физической теорией. Но хотя лишь горсточка квантовомеханических предсказаний проверяется в корреляционных экспериментах, эта горсточка не должна недооцениваться, ибо она относится к наиболее чувствительным точкам столкновения картин мира. Подтверждение предсказаний квантовой механики в этих точках и неподтверждение в них того или другого неравенства Белла дают сильные основания для уверенной оценки будущих физических теорий: любая теория, которая сменит и улучшит квантовую механику, сохранит неопределенность возможностей, фундаментальную роль случайности и связанность систем.
Статьи по теме
Мезоны устраивают "похороны" классической физике
Хорошо известные в квантовой механике неравенства Белла впервые были проверены в эксперименте с участием высокоэнергетичных частиц в лаборатории KEK в Японии. Причем именно нарушение этих знаменитых неравенств и является серьезным аргументом в пользу истинности современного понимания квантовой теории и позволяет "похоронить" так называемые "теории скрытых параметров", в определенном смысле привязанные к классической физике.
Новый кварктет: субатомные причуды в семействе пентачастиц
Удалось обнаружить никогда прежде не виданную элементарную частицу, составленную из пяти кварков и антикварков. Случаи рождения приблизительно 40 частиц нового типа были выявлены при анализе миллионов протон-протонных столкновений на сверхмощном протонном синхротроне в CERN. Это свидетельство в пользу существования ранее теоретически предсказанного целого семейства таких частиц.
Зубы Супермена могут служить сверхпроводником
Британские исследователи выяснили, что фосфор, элемент, как известно, содержащийся в человеческих зубах, может в принципе выступать в роли сверхпроводника. Правда человеку потребовалась бы мощь какого-нибудь Супермена, чтобы сжать свои зубы с силой, достаточной для достижения необходимого эффекта, поскольку переход в сверхпроводящее состояние произойдет лишь при давлении около 2,5 мегабар.
Физики, возможно, наблюдали магнитные монополи
Поль Дирак в 1931 году выдвинул гипотезу, согласно которой в природе должны существовать некие экзотические частицы, являющиеся переносчиками изолированных "магнитных зарядов" - магнитные монополи. Но до сих пор все попытки обнаружить в эксперименте эти неуловимые частицы были безуспешными. Однако теперь группа физиков из Японии, Китая и Швейцарии утверждает, что им все-таки удалось найти косвенное свидетельство существования таких монополей Дирака.
Новая теория шаровых молний
Джон Джилман из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе недавно предположил, что по крайней мере одно из свойств шаровой молнии - когезию (cohesion), способность удерживать частицы, составляющие оболочку светящегося шара, вместе на протяжении десятков секунд или даже минут - можно объяснить в терминах атомов Ридберга. Однако другие исследователи, занимающиеся изучением этого феномена, отнеслись к такому выводу скептически.
Получен рекордный ультрахолодный "атомный снежок"
2500 атомов натрия охладили до половины миллиардной части градуса выше абсолютного нуля - температуры, при которой колебания атомов почти полностью замирают. В результате получается ни много ни мало как принципиально новое, пятое состояние вещества - так называемый конденсат Бозе - Эйнштейна.
Последняя нерешенная проблема классической физики близка к решению благодаря сверхтекучему гелию
Это кажется невероятным, но теории гидродинамической турбулентности в завершенном виде не существует до сих пор, созданы только так называемые полуэмпирические теории турбулентности. Вообще это является одной из важнейших проблем современной теорфизики. Теперь сделан важный шаг в описании турбулентности в сверхтекучем гелии-3, что может помочь, наконец, в решении проблемы турбулентности и в классических жидкостях.
Физики собираются проститься с килограммом
Недавно в ходе точных измерений параметров монокристалла кремния с помощью рентгеновских лучей было получено новое значение для числа Авогадро. Эта работа проходила в рамках международной программы, направленной на пересмотр эталона килограмма. Килограмм решено определить в терминах атомных и фундаментальных констант, как и все остальные системные единицы. Тем более, что нынешний материальный эталон килограмма, от которого в конечном счете зависит точность измерений во всем мире, постепенно испаряется и теряет массу.
Физики открыли "мятежную" субатомную частицу
На линейном ускорителе в Стэнфорде идентифицировали новую субатомную частицу Ds (2317). Эта частица представляет из себя необычный "сплав" "очарованного" кварка и "странного" антикварка. Ее масса оказалась существенно ниже, чем можно было бы ожидать. В качестве альтернативы рассматривается и такая возможность: частица могла бы быть в новом, до настоящего времени невиданном состоянии - ассоциация четырех кварков.
Super-WIMPs: темная материя может оказаться необнаружимой в принципе
90 % всей материи Вселенной не просто скрывается в виде "не испускающего свет" вещества, а содержится в форме частиц, названных super-WIMPs (сверхслабо- взаимодействующие массивные частицы), перед которыми, в отличие от "просто" WIMPs, совершенно бессильны все известные способы обнаружения темного вещества.
"Частица бога" не откроет тайну американцам
Один из ключевых вопросов современной физики высоких энергий - подтверждение или опровержение существования теоретически предсказанной еще в 1964 году экзотичной субатомной частицы, называемой бозоном Хиггса. Предполагается, что бозон Хиггса сыграл основную роль в механизме, посредством которого некоторые частицы (кварки, лептоны) во время Большого взрыва приобрели массу, а другие остались безмассовыми (фотоны).
Большой взрыв руками физиков-ядерщиков: подтверждено получение кварк-глюонной плазмы
Недавние контрольные эксперименты добавили уверенности "творцам Большого взрыва" из Брукхэвена: похоже, им действительно удалось получить кварк-глюонную плазму - то есть материю, находящуюся в принципиально новом состоянии. Согласно современным теориям, кварк-глюонная плазма существовала только в первые 10-5 с после Большого взрыва. Когда-то предрекали, что подобные эксперименты могут привести чуть ли не к концу всей нашей Вселенной или, по меньшей мере, к формированию микроскопической черной дыры, которая затем затянет внутрь себя все, до чего сможет дотянуться.
Загадка солнечных нейтрино решена
Удалось обнаружить эффект "исчезновения" нейтрино. Этот эффект свидетельствует о том, что нейтрино имеют массу и могут осциллировать - то есть превращаться из одного типа в другой. Стандартная модель элементарных частиц, которая успешно использовалась фундаментальной физикой с 70-х годов прошлого века, требует серьезной модернизации.
Капли сверхплотного кваркового вещества прошивают Землю насквозь
Исследователи выявили два сейсмических события, которые, как они считают, могли быть вызваны исключительно проходом сквозь Землю кварковой материи - формы вещества, до сих пор не обнаруженной в экспериментах. Впрочем, есть свидетельство того, что такая странная кварковая материя встречается в космосе, среди некоторых экзотических звезд.
Американские физики спасли теорию Эйнштейна: информация действительно не может передаваться быстрее света
Группа американских физиков, не щадя своего времени и средств, помогла торжеству здравого смысла: они доказали, что следствие не может предшествовать своей причине. Эксперименты подтвердили, что недавнее сенсационное исследование, согласно которому свет, казалось, распространялся со скоростью, превышающей его же собственную скорость в вакууме, не противоречит основополагающему для физики понятию причинно-следственной связи.
Физики надеются обнаружить изменение фундаментальных констант со временем
Две группы физиков на протяжении последних лет провели целый ряд аккуратных экспериментов в надежде обнаружить непостоянство природных констант, до сих пор считавшихся не изменяющимися со временем. До настоящего момента данные на эту тему добывались астрофизическими методами и указывали на возможность подобных вариаций.
Замаскированная квантовая почта может объяснить молчание внеземных цивилизаций
Если внеземные цивилизации действительно существуют и при этом не являются исключительной редкостью, то почему мы так и не смогли до сих пор получить от них никаких сигналов? Два физика объясняют эту ситуацию исключительной осторожностью инопланетян. При этом они считают, что есть возможность отправлять сигналы, не открывая своего местоположения.
На крупнейшей карте Вселенной обнаружили темную энергию
Астрономы составили самую детальную на текущий момент 3D-модель окружающей нас Вселенной и уверены, что эта карта позволяет откинуть все сомнения по поводу "темной энергии": она действительно существует и заполняет весь космос.
Скрипка и футбольный мяч: ученые вычисляют форму космоса
Первоначальная обработка данных, полученных зондом WMAP, казалось, подтвердила теорию, что наш мир является бесконечным и "плоским", однако интерпретация очередного массива данных от того же самого зонда дает теперь уже совершенно противоположный результат: окружающий нас космос может быть не только конечным, замкнутым и сравнительно небольшим по объему, но и имеет форму додекаэдра. Это своего рода 12-сторонний зал с волшебными зеркалами, создающими иллюзию бесконечности за счет отображения нескончаемого ряда копий одних и тех же звезд, находящихся, правда, на разных этапах своего развития.
Астрономы обнаружили "потерявшиеся" барионы
Астрономы обнаружили новый тип разогретого межгалактического газа, с помощью которого можно локализовать невидимое присутствие темного вещества во Вселенной. Газовое облако, в триллион раз массивнее, чем наше Солнце, и в 150 раз более горячее, окружает нашу местную группу галактик, в которую входит Млечный путь, туманность Андромеды и еще приблизительно 30 мелких галактик.
"Твикинг" гравитации покончит с потребностью в странных силах
Факт существования темной энергии, казалось бы, однозначно подтвержден наблюдениями за удаленными сверхновыми и экспериментами с микроволновым космическим фоном. Однако теперь группа американских физиков показывает, что факт непрерывно ускоряющегося расширения Вселенной, который лег в основу подобной гипотезы, можно объяснить и не призывая на помощь мистическую "дарк энерджи".
Копейкина опровергают американцы, но Эйнштейн пока не пострадал
Альберт Эйнштейн, возможно, был прав, постулировав, что скорость гравитации равна скорости света, но вопреки заявлению Копейкина и Фомалонта, сделанному ими в самом начале этого года, это положение все еще не доказано экспериментально. Очередной удар по позициям нашего соотечественника Сергея Копейкина нанесли специалисты из Лаборатории Беркли.
Впервые удалось измерить скорость гравитации
Впервые с приемлемой точностью удалось измерить скорость гравитации. Измерялось небольшое видимое изменение позиции квазара, вызванное изгибом пути радиоволн от этого источника в поле тяготения Юпитера. Результат важен с точки зрения "закрытия" некоторых вариантов современных теорий и поддержки других - он связан с космологическими теориями множественных вселенных и так называемой теории струн или суперструн.
Обнародован "портрет" юной Вселенной, полученный зондом WMAP
Новые данные от зонда WMAP обеспечили космологов информацией, позволяющей нарисовать реальную картину раннего этапа в развитии Вселенной. Кроме того, определен возраст нашего мира с беспрецедентной точностью. Он составляет 13,7 млрд лет. Самое большое удивление ученые испытали, когда при анализе данных выяснилось, что первая генерация звезд появилась спустя всего лишь 200 млн лет после Большого взрыва.
Разрешена одна из загадок космических лучей
Казалось бы, в одной-единственной цифре не может быть ничего выдающегося, однако это позволило не только разрешить споры о месте рождения пульсара и определить размер его нейтронной звезды (а стало быть, уточнить физическую модель этого объекта), но и, возможно, открыть одну из важнейших тайн космических лучей.
Новости по теме
