เมื่อหันหน้าไปทางส้อมบนถนน นิวตรอนดูเหมือนจะ เซ็กซี่บาคาร่า ไปในทิศทางหนึ่งและหมุนไปในทิศทางอื่นกลศาสตร์ควอนตัมมาถึงระดับความแปลกประหลาดของอลิซในแดนมหัศจรรย์ แล้ว
การทดลองติดตามอนุภาคย่อยของอะตอมที่เคลื่อนที่ผ่านทางแยกบนถนน ดูเหมือนจะเผยให้เห็นว่าอนุภาคไปทางหนึ่งในขณะที่คุณสมบัติที่แท้จริงอย่างหนึ่งของพวกมันคือการหมุนของพวกมัน แม้ว่าผลลัพธ์จะขัดแย้งกับสัญชาตญาณ แต่ก็เห็นด้วยกับคำทำนายที่มีอายุหลายสิบปี ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า quantum Cheshire Cat ตามชื่อ แมว อลิซที่มีรอยยิ้มซุกซนอย่างอธิบายไม่ถูกหลังจากที่ร่างของมันหายไป
“คุณสามารถแยกคุณสมบัติของอนุภาคออกจากตัวอนุภาคได้”
เจฟฟ์ โทลลักเซน นักฟิสิกส์ควอนตัมจากมหาวิทยาลัยแชปแมนในเมืองออเรนจ์ รัฐแคลิฟอร์เนีย และผู้เขียนร่วมของการศึกษา Cheshire Catกล่าว ซึ่งปรากฏในหนังสือNature Communications ในวัน ที่ 29 กรกฎาคม แม้ว่าผลลัพธ์จะขัดกับคำอธิบายในตอนนี้ แต่เขากล่าวว่า มันสามารถนำไปสู่ความเข้าใจโลกควอนตัมได้ดีขึ้นรวมถึงการปรับปรุงคุณสมบัติที่ละเอียดอ่อนที่สุดของการวัดอนุภาค
นักฟิสิกส์คนใดก็ตามที่พยายามถอดรหัสกลศาสตร์ควอนตัมต้องรับมือกับการซ้อนทับกัน ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่นิวตรอนหรืออนุภาคอื่นๆ ใช้เส้นทางหลายเส้นทางพร้อมกัน โดยมีความเป็นไปได้ที่จะเกิดขึ้นในแต่ละเส้นทางในช่วงเวลาที่กำหนด นักฟิสิกส์สามารถใช้เครื่องมือในการหาตำแหน่งของนิวตรอน แต่การวัดจะทำลายการทับซ้อน ขณะนี้นิวตรอนอยู่ในเส้นทางเดียวแน่นอน และไม่มีทางรู้ได้เลยว่ามันจะหายไปไหนหากปล่อยทิ้งไว้โดยไม่ถูกรบกวน
ในปี 1988 นักฟิสิกส์ Yakir Aharonov ซึ่งปัจจุบันอยู่ที่มหาวิทยาลัย Chapman และ Tel Aviv ในอิสราเอล และเพื่อนร่วมงานได้เสนอวิธีที่จะแอบดูเบื้องหลังม่านซ้อน พวกเขาเสนอให้ยิงอนุภาคไปที่เครื่องตรวจจับ แต่วางเครื่องมืออื่นตามเส้นทางของอนุภาค เครื่องมือนั้นจะทำให้สิ่งที่เรียกว่าการวัดที่อ่อนแอ ซึ่งเป็นการประมาณคร่าวๆ ของคุณสมบัติที่แทบไม่รบกวนอนุภาค
การวัดที่อ่อนแอดังกล่าวสามารถทำได้โดยเครื่องมือที่เปิดเผยอนุภาคต่อผลกระทบที่ละเอียดอ่อน เช่น สนามแม่เหล็กที่อ่อน การวัดอนุภาคเดี่ยวทีละน้อยไม่มีประโยชน์เพราะไม่แม่นยำ แต่ด้วยการวัดซ้ำของอนุภาคหลายพันหรือล้านอนุภาค นักฟิสิกส์จะได้เรียนรู้บางอย่างเกี่ยวกับพฤติกรรมโดยเฉลี่ยของอนุภาคระหว่างทาง
นั่นคือเทคนิคของนักฟิสิกส์ควอนตัมแห่งมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีเวียนนา Yuji Hasegawa และทีมของเขาเคยค้นหา Cheshire Cat ควอนตัม การแยกตัวของอนุภาคและคุณสมบัติของอนุภาคที่ Aharonov และ Tollaksen ตั้งสมมติฐานไว้ในปี 2544
นักวิจัยได้นำลำแสงนิวตรอนที่ปล่อยออกมาจากเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่ Institut Laue-Langevin ในเมือง Grenoble ประเทศฝรั่งเศส ให้เป็นคริสตัล ซึ่งแบ่งลำแสงออกเป็นสองส่วน ทีมงานจัดการลำแสงเพื่อให้นิวตรอนทั้งหมดในลำแสงบนมีสปินเฉพาะ (เช่น +½) และนิวตรอนในลำแสงล่างมีสปินตรงกันข้าม (-½) ลำแสงถูกรวมเข้าด้วยกันในที่สุด และเครื่องตรวจจับที่ส่วนท้ายของผลึกนับเฉพาะนิวตรอนที่มี +½ หมุน สัญชาตญาณบ่งชี้ว่านิวตรอนที่ตรวจพบควรเดินทางผ่านลำแสงบน และการปรับแต่งด้วยลำแสงล่างจะไม่ส่งผลต่อการวัดของเครื่องตรวจจับ
เพื่อตรวจสอบว่าสัญชาตญาณผิดหรือไม่
นักวิจัยได้ทำการวัดที่อ่อนแอก่อนที่อนุภาคจะไปถึงเครื่องตรวจจับ ขั้นแรก นักวิจัยได้วางแผ่นโลหะดูดซับนิวตรอนเข้าไปในเส้นทางของลำแสงแต่ละลำ ทีละลำ ตามที่คาดไว้ เมื่อจานอยู่ในเส้นทางด้านล่าง มันไม่มีผลกระทบต่อการนับอนุภาคที่เครื่องตรวจจับ แต่เพลตลดจำนวนนิวตรอนเมื่อวางไว้บนเส้นทางด้านบน
จากนั้นนักวิจัยได้เปิดเผยลำแสงแต่ละลำกับสนามแม่เหล็กที่มีพลังมากพอที่จะเปลี่ยนการหมุนของอนุภาค อาจมีคนคาดหวังว่า เช่นเดียวกับจานเพลต สนามจะทำให้การอ่านของเครื่องตรวจจับยุ่งเหยิงเมื่อโยนบนลำแสงด้านบนเท่านั้น ซึ่งนิวตรอนทั้งหมด (และน่าจะเป็นสปินของพวกมัน) กำลังเดินทาง ทว่าสิ่งที่ตรงกันข้ามเกิดขึ้น: สนามมีผลกระทบเฉพาะเมื่อสัมผัสกับลำแสงที่ต่ำกว่า ซึ่งบ่งบอกว่านิวตรอนหรืออย่างน้อยก็สปินของพวกมัน กำลังใช้ทางสัญจรนั้น
นักวิจัยสรุปว่านิวตรอนที่ตรวจพบได้ผ่านเฉพาะเส้นทางบน แต่สปินของพวกมันลัดเลาะไปตามทางด้านล่างเท่านั้น ใน แง่ อลิซแมวเดินบนเส้นทางและรอยยิ้มของมันก็ลดลง “เป็นการสาธิตที่สวยงามมาก” Aephraim Steinberg นักฟิสิกส์ควอนตัมจากมหาวิทยาลัยโตรอนโตซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในการศึกษากล่าว อย่างไรก็ตาม เขาตั้งข้อสังเกตว่าการศึกษาไม่ได้พิสูจน์ว่านิวตรอนตัวใดตัวหนึ่งใช้เส้นทางที่ต่างไปจากการหมุนของนิวตรอน มันแสดงให้เห็นเพียงว่านิวตรอนที่วัดได้มีพฤติกรรมแบบนี้โดยเฉลี่ย Steinberg มองโลกในแง่ดีว่าการทดลองนี้และการทดลองอื่นๆ ที่ใช้การวัดแบบอ่อนจะให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับพฤติกรรมควอนตัมของอนุภาค แต่เขาก็ยังไม่แน่ใจว่าข้อมูลเชิงลึกเหล่านั้นคืออะไร
ไม่ว่านักฟิสิกส์จะเข้าใจผลลัพธ์เมื่อใด เทคนิค Cheshire Cat อาจกลายเป็นเครื่องมือที่มีประโยชน์ได้ นักวิจัยแนะนำว่านักวิทยาศาสตร์สามารถอาศัยคุณสมบัติที่วัดได้ยากของอนุภาคโดยการขจัดอิทธิพลของคุณสมบัติอื่น ตัวอย่างเช่น นักวิทยาศาสตร์บางคนกำลังตรวจสอบแรงโน้มถ่วงในระดับจุลทรรศน์ โดยที่แรงอื่น ๆ แคระแกร็นไปแคระแกรน เช่น แม่เหล็กไฟฟ้า ( SN Online: 2/26/10 ) การวัดแรงโน้มถ่วงจะง่ายขึ้นมาก Steinberg แนะนำหากนักวิจัยสามารถแยกอนุภาคออกจากประจุไฟฟ้าได้ เซ็กซี่บาคาร่า / ร้านอาหาร
