Квантовая механика прошла очередную проверку

Физики из Университета Уотерлу (Канада) и Инсбрукского университета (Австрия) подтвердили истинность положений квантовой механики в эксперименте по интерференции фотонов на трёх щелях.

В обычном опыте с двумя щелями интерференция, напомним, наблюдается потому, что фотону присущ корпускулярно-волновой дуализм. В 1908 году английский учёный Джеффри Инграм Тейлор провёл опыт с использованием чрезвычайно слабого источника света и установил, что фотоны интерферируют «сами с собой». Этот результат свидетельствовал в пользу зарождавшейся тогда квантовой механики.

Сейчас перед физиками стоит другая задача: необходимо как-то объединить квантовую механику и теорию гравитации. Высказываются предположения о том, что одну из теорий придётся несколько модифицировать — к примеру, допустить нарушение так называемого правила Борна, сформулированного в 1926 году. В квантовой механике это правило определяет вероятность получения некого определённого результата при измерении.

Применяя правило Борна в случае эксперимента на трёх щелях, можно показать, что интерференционная картина должна полностью описываться тремя выражениями, каждое из которых соответствует распространению волн в одной из возможных пар щелей.

Другими словами, распространение волн во всех трёх щелях сразу не рассматривается.

Для того чтобы проверить выполнение правила, авторы установили источник одиночных фотонов (лазер) перед стеклянной пластиной с металлическим покрытием, в котором на расстоянии в 100 мкм друг от друга были проделаны три бороздки шириной 30 мкм. Одиночные фотоны подавались со скоростью около 40 000 частиц/с, а за стеклянной пластиной находился позиционно-чувствительный детектор. Измерения повторялись шесть раз (при открывании одной щели и пар щелей); если правило не нарушается, суммирование результатов этих измерений должно давать ту же интерференционную картину, что и эксперимент с открыванием всех щелей.

Именно такой эффект и зарегистрировали — с погрешностью в 1% — физики. В ближайшем будущем они планируют повторить опыт на четырёх и пяти щелях, а также выполнить аналогичную работу с использованием светоделителей.

Полная версия отчёта опубликована в журнале Science.