Елементарна частинка, яка займає відразу 750 км?

«Найдивовижніше - багато хто з нас вважали, що закони квантової механіки працюють тільки на мікрорівні. Виявляється, що ми не можемо позбутися їх пут навіть в тих випадках, коли ми описуємо процеси, що відбуваються на великих відстанях, вивчаючи частки, що змінюють стану при русі на сотні миль. Це приголомшливе почуття », - заявив Девід Кайзер (David Kaiser) з Массачусетського технологічного інституту (США).

Відео: Ілля Орлов - Фізика елементарних частинок і Великий адронний коллайдер

Частка-перевертень

Нейтрино являють собою дрібні елементарні частинки, які «спілкуються» з довколишньою матерією тільки за допомогою гравітації і так званих слабких взаємодій, що виявляються лише на відстанях, значно менше розмірів ядра атома. В середині минулого століття вчені відкрили три види таких частинок - тау, мюонні і електронні нейтрино і трійку їх «злих близнюків» -антінейтріно.

Відео: Життя чудових ідей. Частка Бога (2015) Документальний

Спостереження за Сонцем в 1960 роках і експерименти нобелівських лауреатів Артура Макдональда і Такаакі Каджіти розкрили дві важливі речі - те, що нейтрино різних видів вміють періодично перетворюватися один в одного - цей процес вчені називають «осцилляциями», і те, що вони мають ненульовий масою. З тих пір вчені спостерігають за цим процесом, намагаючись вирахувати масу нейтрино по тому, як «охоче» різні типи цих частинок перетворюються в два інших їх виду.

Кайзер і його колеги з`ясували, що осциляції нейтрино можна описати, не використовуючи законів квантової механіки, спостерігаючи за тим, що відбувається з цими невловимими частинками при подорожі від їх джерела, випромінювача NuMI, до детекторам MINOS в Лабораторії Фермі через половину території США.

Відео: Це цікаво 675: Теоретичні частки в основі світу

Під час цього «подорожі» частина нейтрино змінює свій тип, перетворюючись, наприклад, з мюонного в електронне нейтрино. Так як MINOS виробляє виключно мюонні нейтрино, з невеликою домішкою електронної різновиди цих частинок, вчені можуть стежити за осцилляциями, заміряючи частки електронних нейтрино на тому і іншому «кінці».

подвійне існування

Вивчаючи результати подібних вимірів, Кайзер і його колеги натрапили на незвичайні і, як здавалося на перший погляд, незрозумілі розбіжності в числі частинок, які неможливо було описати за допомогою класичних фізичних теорій. Це наштовхнуло їх на думку, що нейтрино можуть перебувати не в одному з двох станів, а одночасно і в тому і в іншому, у вигляді квантової суперпозиції.

Вони перевірили цю ідею, використовуючи нерівності Легетт-Гарга - особливий набір рівнянь і принципів, що дозволяє визначити, підпорядковується той чи інший феномен законам класичної фізики, або ж його можна пояснити тільки за допомогою квантової механіки і нелокального характеру взаємодій і поведінки частинок. За своєю суттю, він є аналогом знаменитих нерівностей Белла, які доводять сюрреалістичність квантової механіки. Головною відмінністю нерівностей Легетт-Гарга є те, що вони працюють на макро-, а не мікрорівні.