Micșorele minuscule pot sugera un mecanism de colaps cuantic

Un cantilever minuscul, sclipitor, se mișcă puțin mai mult decât se aștepta într-un nou experiment. Mișcarea excesivă a structurii în miniatură, asemănătoare cu scufundările, ar putea sugera de ce regulile ciudate ale mecanicii cuantice nu se aplică în lumea familiară, „clasică”. Dar acest indiciu potențial este încă de departe: alte surse de vibrații nu au fost încă excluse complet, așa că sunt necesare mai multe experimente.

Particulele cuantice pot ocupa mai mult de un loc în același timp, o condiție cunoscută sub numele de suprapunere (SN: 20.11.10, str. 15). Numai odată ce poziția unei particule este măsurată, locația acesteia devine definită. În terminologia cuantică, funcția de undă a particulei, care caracterizează răspândirea particulei, se prăbușește într-o singură locație (SN Online: 5/26/14).

În schimb, obiectele mai mari se găsesc întotdeauna într-un singur loc. „Nu vedem niciodată o masă sau un scaun într-o suprapunere cuantică”, spune fizicianul teoretician Angelo Bassi de la Universitatea din Trieste din Italia, un coautor al studiului, care va apărea în Scrisori de revizuire fizică. Dar mecanica cuantică standard nu explică pe deplin de ce obiectele mari nu există în suprapoziții sau cum și de ce funcțiile de undă se prăbușesc.

Extensiile la teoria cuantică standard pot atenua aceste enigme presupunând că funcțiile de undă se prăbușesc spontan, la intervale aleatorii. Pentru obiectele mai mari, acel colaps are loc mai repede, ceea ce înseamnă că la scara umană obiectele nu apar în două locuri simultan.

Acum, oamenii de știință au testat o astfel de teorie căutând una dintre predicțiile sale: o fluctuație minusculă, sau „zgomot”, transmisă de natura aleatorie a colapsului funcției de undă. Oamenii de știință au căutat această agitație într-un cantilever în miniatură, lung de jumătate de milimetru. După ce au răcit cantileverul și i-au izolat-o pentru a reduce sursele externe de vibrații, cercetătorii au descoperit că încă a rămas un tremur inexplicabil.

În 2007, fizicianul Stephen Adler de la Institutul pentru Studii Avansate din Princeton, NJ, a prezis că nivelul de fluctuație din colapsul funcției de undă va fi suficient de mare pentru a fi observat în experimente ca acesta. Noua măsurătoare este în concordanță cu predicția lui Adler. „Acesta este faptul interesant, că zgomotul se potrivește cu aceste predicții”, spune coautorul studiului Andrea Vinante, fost de la Institutul pentru Fotonică și Nanotehnologii din Trento, Italia. Dar, spune el, nu ar paria pe că sursa este colapsul funcției de undă. „Este mult mai probabil ca acesta să fie un efect nu foarte bine înțeles în experiment.” În experimentele viitoare, oamenii de știință intenționează să schimbe designul cantileverului pentru a încerca să izoleze sursa vibrației.

Rezultatul urmează testelor similare efectuate cu sonda spațială LISA Pathfinder, care a fost construită ca un banc de testare pentru tehnicile de detectare a undelor gravitaționale. Două studii diferite au constatat că nu s-a zguduit în exces a greutăților în cădere liberă în interiorul navei spațiale. Dar noul experiment cantilever testează colapsul funcției de undă care are loc la scări de viteză și lungime diferite decât acele studii anterioare.

Teoriile care includ colapsul spontan al funcției de undă nu sunt încă acceptate de majoritatea fizicienilor. Dar interesul pentru ele a devenit recent mai răspândit, spune fizicianul David Vitali de la Universitatea Camerino din Italia, „sprins de faptul că progresele tehnologice fac acum testele fundamentale ale mecanicii cuantice mult mai ușor de conceput”. Concentrarea pe un sistem simplu precum cantilever este abordarea corectă, spune Vitali, care nu a fost implicat în cercetare. Totuși, „multe lucruri pot merge prost sau nu pot fi controlate pe deplin”.

Pentru a concluziona că colapsul funcției de undă este cauza vibrațiilor în exces, orice altă sursă posibilă va trebui exclusă. Deci, spune Adler, „va fi nevoie de multă confirmare pentru a verifica dacă acesta este un efect real”.