旋转测量逃避海森堡测不准原理

许多看似不相关的科学技术,从核磁共振光谱学到医学核磁共振和计时使用原子钟,依靠测量原子自旋-一个原子的原子核和电子相互旋转。限制测量的精确程度可以由量子力学固有的模糊性。然而,物理学家在西班牙证明了这个极限比此前认为的那么严重同时,测量两个至关重要的数量以前所未有的精度。

量子力学的局限性的核心是海森堡测不准原理,即不可能知道一个粒子的位置和动量与绝对精度,更精确地测量一个量,你知道的越少。这是因为测量其位置必须打扰它的动量通过撞击与另一个粒子和观察第二个粒子的动量变化。类似的原则也适用于测量一个粒子的自旋角动量,包括观察改变入射光的偏振与粒子——每一个测量的交互影响原子的自旋。来推断自旋进动率,需要测量自旋角,以及其整体振幅,反复。然而,每个测量扰乱稍微旋转,创建一个最小可能的不确定性。

建议的替代方法摩根米切尔光子科学研究所的小组(ICFO)在巴塞罗那,可以规避这个问题。自旋角,他们说,实际上是两个角度:方位角度(如经度地球表面)和极角(如纬度)。测量旋进率,您只需要方位角度。因此,通过加载尽可能多的不确定性极角,你可以测量你需要的两个量-自旋的方位角度和振幅,因此自旋进动率更准确地测量比此前认为的可能的。有实验,人们现在正在做,人们期望由海森堡测不准原理是有限的,事实上不是,”米切尔说。

然而,真正的在实践中实现这一被证明是极其困难的。团队冷却原子的云几microkelvin,应用磁场产生旋转运动和照明云用激光来测量原子旋转的方向。“并不是所有的技术我们用于实验存在当我们开始,”说乔治·科朗格洛另一个研究小组的成员之一。“我们必须设计和开发特定的探测器,是足够快的速度和极低的噪声。我们也有很多需要改善的方式我们准备原子和找到一个方法来有效地使用所有探测器的动态范围。的研究人员希望原子计时和氮-空位磁力测定,它使用氮的旋进钻石测量磁场,缺陷可能受益于这里公布的技术在未来几年。我们真的希望,从长远来看,核磁共振技术,如核磁共振MRI可能受益,但现在他们受限于一些其他影响,”科朗格洛说。

尤金Polzik丹麦哥本哈根大学的印象:“它设置一个新的和聪明的方式测量某些量子旋转的磁场干扰使用一个整体,”他说。“这很容易让我看这个,说“哦,是的,右:量子力学并不矛盾,“但如何实现这一目标,了解有关,在什么情况下它是有关——这是一个优秀的和优雅的发展。”