English French German Spain Italian Dutch Russian Portuguese Japanese Korean Arabic Chinese Simplified

Σάββατο, 16 Μαρτίου 2013

Διάσημο πείραμα Κβαντομηχανικής γίνεται επιτέλους πραγματικότητα


Το πείραμα εξετάζει τι συμβαίνει όταν τα ηλεκτρόνια αναγκαστούν να περάσουν μέσα από μία ή δύο σχισμές  
Το πείραμα εξετάζει τι συμβαίνει όταν τα ηλεκτρόνια αναγκαστούν να περάσουν μέσα από μία ή δύο σχισμές  
Αμερικανοί φυσικοί κατάφεραν για πρώτη φορά να υλοποιήσουν ένα διάσημο θεωρητικό πείραμα που είχε περιγράψει πριν από μισό αιώνα ο νομπελίστας Ρίτσαρντ Φέινμαν, προκειμένου να αποδείξει ότι τα ηλεκτρόνια συμπεριφέρονται ταυτόχρονα ως σωματίδια και ως κύμα.
Η νέα μελέτη, η οποία δημοσιεύεται στο New Journal of Physics, δεν φέρνει μεγάλες ανατροπές στους νόμους της κβαντομηχανικής. Επιβεβαιώνει όμως τις προβλέψεις του διάσημου Αμερικανού νομπελίστα για ένα πείραμα που ήταν τότε τεχνικά δύσκολο να υλοποιηθεί.
Η διττή φύση του ηλεκτρονίου, ως σωματιδίου και ως κύματος, έχει επιβεβαιωθεί πολλές φορές μέχρι σήμερα, όμως κανένα από τα πειράματα αυτά δεν είχε αναπαράγει τη μεθοδολογία που είχε προτείνει το 1975 ο Φέινμαν στον Τόμο ΙΙΙ των Διαλέξεων στη Φυσική.
Η πειραματική διάταξη είναι φαινομενικά απλή: μια πηγή εκτοξεύει ηλεκτρόνια και τα στέλνει σε ένα τείχος, πάνω στο οποίο υπάρχουν δύο παράλληλες σχισμές που ανοιγοκλείνουν. Όσα ηλεκτρόνια καταφέρνουν να περάσουν από τις σχισμές καταγράφονται από έναν ανιχνευτή στην άλλη πλευρά του τείχους.
Ο Φέινμαν προέβλεψε ότι όταν είναι ανοιχτή μόνο μία σχισμή, το ηλεκτρόνιο θα συμπεριφέρεται ως σωματίδιο, θα περνά δηλαδή από το άνοιγμα όπως θα περνούσε ένα μικροσκοπικό μπαλάκι.
Όταν όμως είναι ανοιχτές και οι δύο σχισμές, το ηλεκτρόνιο αλλάζει συμπεριφορά. Αντί να περάσει μόνο από τη μία σχισμή, όπως θα περίμενε κανείς από ένα σωματίδιο, αυτό που συμβαίνει στην πραγματικότητα είναι να εμφανίζονται κύματα, σαν ρυτιδώσεις στην επιφάνεια μιας λιμνούλας, τα οποία πηγάζουν από τις δύο σχισμές και κινούνται πίσω από το τείχος.
Το ηλεκτρόνιο περνά από δύο σχισμές ταυτόχρονα σαν κύμα
Το ηλεκτρόνιο περνά από δύο σχισμές ταυτόχρονα σαν κύμα


Στα σημεία όπου συναντώνται, τα κύματα συμβάλλουν και δημιουργούν ένα χαρακτηριστικό μοτίβο σκοτεινών και φωτεινών περιοχών πάνω στον ανιχνευτή, όπως στην εικόνα παρακάτω.
Η κυματική συμπεριφορά των ηλεκτρονίων σχηματίζει ένα χαρακτηριστικό μοτίβο στον ανιχνευτή
Η κυματική συμπεριφορά των ηλεκτρονίων σχηματίζει ένα χαρακτηριστικό μοτίβο στον ανιχνευτή

Η μεθοδολογία του Φέινμαν απαιτεί από την πηγή να εκτοξεύει τα ηλεκτρόνια ένα-ένα, ενώ οι σχισμές στο τείχος πρέπει να μπορούν να κλείνουν κατά βούληση και όχι αυτόματα.
Αυτές τις απαιτήσεις κατάφερε για πρώτη φορά να ικανοποιήσει η ομάδα του Χέρμαν Μπατέλαν στο Πανεπιστήμιο της Νεμπράσκα.
Η ερευνητική ομάδα χρησιμοποίησε ένα «κανόνι» που εκτοξεύει μεμονωμένα ηλεκτρόνια και το έστρεψε σε ένα διάφραγμα από πυρίτιο και χρυσό, πάνω στο οποίο υπήρχαν δύο σχισμές διαμέτρου μόλις 62 νανομέτρων. Οι σχισμές αυτές μπορούσαν να κλείνουν με πορτάκια που ανοιγόκλειναν κατά βούληση με έναν πιεζοηλεκτρικό μηχανισμό.
Αν και το πείραμα ακούγεται απλό, οι ερευνητές χρειάστηκαν τρία χρόνια για να ετοιμάζουν την πειραματική διάταξη, η οποία έδωσε φυσικά τα αναμενόμενα αποτελέσματα.
Ακριβώς 25 χρόνια μετά το θάνατο του Φέινμαν το 1988, η σύγχρονη τεχνολογία αποδεικνύει στην πράξη ότι ο μεγάλος θεωρητικός φυσικός είχε δίκιο.