Az elméletek gigászi csatája
A fejlemények minden várakozást felülmúltak, hiszen Einstein és Bohr kvantumfizikai vitája legendás. Az 1927-es brüsszeli Solvay-konferencián kerültek szembe igazán keményen, amikor Einstein felvetette, hogy kísérletileg is ki lehetne mutatni az ellentmondást Bohr elméletében. Einstein elképzelése szerint egy kétréses kísérletben a részecskék egyszerre mutatják a hullám- és a részecsketermészetüket, ami szerinte ellentmond a komplementaritás elvének.
A kísérletben két, szorosan egymás mellett elhelyezett résen haladnak át a részecskék, és a mögöttük lévő ernyőn interferenciacsíkok jelennek meg. Einstein továbbgondolta, hogy ha a résnyílást rugókra szereljük, a részecske lendületet adhat a résnek, így megmérhető lenne, melyik úton haladt. Bohr azonban azt válaszolta, hogy minél pontosabban mérjük a lendületet, annál kevésbé lesznek tiszták az interferenciacsíkok, vagyis a komplementaritás elve megmarad.
A kínai kísérlet: Atomcsapda, fotonok és kvantumhatárok
Jian-Wei Pan és munkatársai ténylegesen elvégezték a kísérlet modern verzióját. A részecske szerepét foton töltötte be, míg a „rés” szerepét egyetlen rubídiumatom, amelyet lézeres optikai csipesszel fogtak meg. Az atomot extrém alacsony hőmérsékletre hűtötték, így saját termikus rezgése minimálisra csökkent.
Változtatták az optikai csipesz mélységét, ezzel szabályozták az atom lendületének bizonytalanságát, ami közvetlenül befolyásolta az interferenciacsíkok élességét – így pontosan azt tapasztalták, amit Bohr jósolt. Ha nagyon pontos a lendületmérés, elmosódnak a csíkok; ha kevésbé pontos, akkor éles marad az interferenciaminta.
Hibák, új technikák és átmenet a klasszikus világba
A kísérlet során jelentős problémát okozott, hogy a lézersugarak hőhatása megnövelte az atom rezgési energiáját, ez viszont maszatalhatta volna az eredményeket. A kutatócsoport ezt Raman-spektroszkópiával korrigálta valós időben, az atom hőmérsékletét is ebből számolták ki nagy pontossággal.
A kutatók azt találták, hogy a foton és a rés által alkotott kvantumösszefonódás mértéke határozza meg, mennyire látszik tisztán az interferencia. Azt is vizsgálták, hogyan válik ez az összefonódottság klasszikus, „normális” viselkedéssé, ahogy nő az atom energiája – vagyis hogyan tűnik el a kvantumfurcsaság a hétköznapi világban.
Meddig tart a kvantumvilág?
A kísérlet nemcsak igazolta Bohr elvét, hanem új kérdéseket is felvetett: vajon mennyire növelhető a „rés” tömege, miközben a kvantumhatásokat még mindig mérni lehet? A kutatók abban bíznak, hogy hamarosan közvetlen módon is mérhetik majd a rés kvantumállapotát és a klasszikus–kvantum átmenet mikéntjét.
