Experiment s jedním atomem řeší Einsteinovu výzvu v Bohrův prospěch

Ve dvacátých letech minulého století Albert Einstein navrhl zvrat v experimentu s dvojitou štěrbinou. Spíše než zeď se dvěma pevnými štěrbinami si představoval velmi lehkou štěrbinu, která se odrazí, když jí projde jediný foton. Pokud by se dal změřit zpětný ráz, dalo by se v zásadě říci, jakou dráhu foton prošel. Zároveň by se dal hledat i interferenční obrazec, který je známkou toho, že se světlo chová jako vlna.

Einstein doufal, že to ukáže konflikt uvnitř samotné kvantové teorie. Niels Bohr však tvrdil, že plán selže. Téměř století zůstal tento argument na papíře, protože nikdo neměl způsob, jak tento nápad otestovat.

Nová studie vědců z University of Science and Technology of China nyní zjistila způsob, jak nahradit pohyblivou štěrbinu jediným atomem. Zjištění byla zveřejněna v Fyzické kontrolní dopisy dne 2. prosince.

Zaostřený laserový paprsek držel atom na místě. Vědci ochladili atom blízko jeho základního stavu, kde byl jeho náhodný pohyb tak malý, jak to kvantová fyzika dovolila. V tomto stavu je nejistota hybnosti atomu podobná hybnosti jediného fotonu. Záměrem bylo ověřit, zda lze zpětný ráz atomu použít k určení, kterým směrem se foton vydal a jak tato informace ovlivnila interferenční obrazec.

V nastavení studijního týmu se foton rozptýlil mimo zachycený atom způsobem, který definoval dvě možné cesty, které byly poté rekombinovány za vzniku jasných a tmavých proužků na detektoru. Zároveň foton dal atomu malý „kopnutí“ nahoru nebo dolů, v závislosti na dráze. Vědět více o zpětném rázu atomu tedy týmu řeklo více o tom, jakou dráhu foton šel.

Vyladěním síly paprsku mohl tým vyladit nejistotu hybnosti atomu. Když byla nejistota velká, dva stavy zpětného rázu se překrývaly a bylo nemožné určit, jakou dráhu foton šel, přesto byl interferenční obrazec ostrý. Když byla nejistota malá, zpětný ráz byl zřetelný, ale interference byla méně viditelná.

Měření tedy následovala předpovědi kvantové teorie a potvrdila Bohrovu kritiku. Poskytují také platformu pro zkoumání postupného přechodu od kvantového ke klasickému chování v systémech, kde jsou světlo a hmota silně propojeny, s možnými aplikacemi v budoucích kvantových technologiích.