Ezt par hete mar bekuldtem a HITVITA-ra, de a kereszteny bekeharc
zajaban elveszett. Hatha valakit erdekel -- bekuldom ide is. Nem
vita, csak erdekes ("Quantum seeing in the Dark", SciAm 96/11).
Motto: - Sotetben lat, de nem macska. Mi az?
- Fizikus!
Korabban mindenki azt hitte, hogy egy elemi reszecske detektalasahoz
szukseges, hogy legalabb egy foton visszaverodjon errol a reszecskerol
(ez a feltetelezes Dennis Gabor nevehez fuzodik).
A cikkben leirt kiserleti elrendezessel azonban ki lehet mutatni egy
targy jelenletet anelkul, hogy a detektalasra hasznalt foton beleutkozott
volna. Hogy akkor mi az, ami a targy jelenletet a foton tudomasara adja?
A lehetoseg, hogy aka'r talalkozhatott is volna a targgyal!
Nezzuk a kiserlet alkatreszeit:
1. Polarszuro
Mi tortenik, ha egy polarszurohoz olyan polarizalt foton erkezik,
hogy a szuro es a foton polarizacios sikja nem esik egybe? A foton
bizonyos valoszinuseggel athalad a polarszuron, es a kilepo foton
polarizacioja mar a szuro polarizacios sikjaban fekszik! Az athaladas
valoszinusege a szogelteres koszinuszanak negyzete: 0 fok eseten 100%,
15 fok eseten 93%, 60 fok eseten mar csak 25%, ha pedig meroleges a
polarizacio, akkor egyaltalan nem megy at.
2. Polarforgato
Ez egy olyan eszkoz, amibe egyik oldalt belep a foton, masik oldalt
kilep, es kozben a polarizacios sikja egy meghatarozott szogben el-
csavarodik. A cikkirok szerint ez nagyon egyszeru dolog, pl a cukros
viz is csavarja a polarizaciot (en nem tudom; probaltam cukros vizen
at nezegetni, de ugy latszik, pola'rvak vagyok, mert a villanyoszlop
ugyanugy fuggolegesen allt :)))).
3. Zeno-effektus
Helyezzunk el egymas moge hat olyan polarforgatot, amely mindegyike
15 fokkal forgatja el a foton polarizaciojat, majd a legvegere egy
vizszintes polarszurot. A sor elejen belepo vizszintesen polarizalt
foton a sor vegere tehat pont fuggoloegesen all, a szuron el fog
akadni. Ha azonban az egyes polarforgatok koze is elhelyezunk egy-egy
viszintes polarszurot, a foton valamekkora esellyel athaladhat az
akadalyokon: az elso polarforgato utan 93% esellyel meguszhatja a
legelso polarszurot, es ha sikerult, a szurobol kilepve vizszintesen
polarizalt. A masodik akadalyt ugyanigy 93% valoszinuseggel veheti.
A hatodik lepcso utan meg mindig 0.933^6 ~ 2/3 valoszinuseggel megvan
(a kozbeeso 6 x 15 fok polarforgatas ellenere meg mindig VIZSZINTESEN
polarizalt) fotonunk.
4. Zeno-effektus modositott elrendezessel
A Zeno-effektust egyetlen polarforgatoval es polarszuroval is el lehet
jatszani, ha tukrokkel ra tudjuk venni a fenysugarat, hogy ugyanazon a
polarforgaton es szuron haladjon at nehanyszor. Ennek legegyszerubb
modja, ha a fotont az egyik tukor pereme folott kicsit ferden "felulrol"
lo"juk a tukorrendszerbe, a nehany ko:rt csavarmenetben fogja megtenni,
aztan egyszer csak az egyik tukor also pereme alatt kiszalad (oda kell
rakni a detektort). Ennel ravaszabb modszer ha veszunk egy nagyon gyors
sugarkapcsolot. Hogy, hogy nem: mar ezt is feltalaltak (pikoszekundumos
lezerimpulzusokat csinalnak vele, de nem tudom minek).
5. Sugaroszto
Bizonyos kristalyok kepesek arra, hogy a belepo fenyt ket nyalabra
osszak: az egyik kilepo nyalab vizszintesen, a masik fuggolegesen
polarizalt. Ezt a ravaszsagot egyetlen fotonnal is el tudjak kovetni:
a belepo foton a polarizacios szogetol fuggo valoszinuseggel vagy az
egyik, vagy a masik uton lep ki a sugarosztobol. Az utvalasztas
valoszinusege ugyanaz (koszinusz-negyzet alfa) mint a polarszuronel.
Most mar minden egyutt van, rakjuk ossze a kiserletet.
___ tu:ko:r
|
|
|
, |
targy \|
|-----(?)-----\ polarizalo' nyala'boszto'
tukor |\
|
(*) polariza'cio'-forgato'
|
--- kikapcsolhato' tu:ko:r
|
ernyo |/
|-------------/ polariza'lo' nyala'boszto'
/|
|
foton
be
A meres kezdeten, amig a foton belep, atlatszova tesszuk a kapcsolhato
tukrot (kinyitjuk a kaput), majd rogton a foton mogott be is zarjuk.
A foton a felso es az also tukor kozott nehanyszor oda-vissza pattog,
majd amikor az eloirt szamu kort megtette, ismet kinyitjuk a "kaput",
a foton kilep.
a) Mi tortenik, ha NINCS ott a detektalando obejktum?
A vizszintesen polarizalt foton a (*) polarforgaton 15 fokot fordul,
ezutan talalkozik a polarizalo nyalabosztoval. Itt a nagy varazslat:
a foton 93% valoszinuseggel egyenesen tovabbmegy, 7% valoszinuseggel
pedig tesz egy kiterot az oldalso tukor iranyaba. Az egyenes uton
tovabbhalado 93% a szemben fekvo tukorrol verodik vissza, a masik 7%
az oldalso tukorrol, majd a ket valoszinuseg polarizalo nyalaboszton
talalkozva ugy halad tovabb, mintha mi sem tortent volna! Mivel nem
akarjuk megvizsgalni, hogy a foton melyik uton haladt, ezert a foton
jo kvantumhoz illoen igazabol MINDKET uton halad (akarcsak a hires
egyfotonos, ketreses interferenciakiserletben): az egyik uton megy a
7% valoszinuseg, a masik uton megy a 93%. Miutan a ket valoszinuseg
egyesult, a foton kvantumallapota ugyanolyan lesz, mint a sugaroszto
elott, vagyis a polarforgatobol valo kilepest kovetoen: 15 fokot el-
csavarodott a polarizacioja. Amikor tehat a foton megteszi a kijelolt
hat kort, es a kikapcsolt tukron kilep, polarizacioja 6x15=90 fokkal
el van forgatva, vagyis FUGGOLEGES.
b) Most tegyunk egy targyat a nyalaboszto es az oldalso tukor koze. Ekkor
a kiserleti elrendezes a foton mint kvantumos objektum szamara gyoke-
resen megvaltozik: az oldalso ut lezarult elotte, a maradek pedig egy
modositott elrendezesu Zeno-effektusnak felel meg. A kulcs a nyalab-
oszto: mivel az oldalra kitero 7% valoszinuseg mar nem kepes egyesulni
az egyenesen halado 93%-kal, a foton le van leplezve, a nyalaboszto mar
teljesen ugy viselkedik, mint egy mezei polarszuro: az egyenesen kilepo
(ha kilep! ne feledjuk, 7% valoszinuseggel oldalra megy es elhasal a
merendo targyon) foton polarizacioja vizszintes lesz. A masodik korben
a polarforgaton ismet csavarodik egy kicsit, a sugaroszton ismet ki-
egyenesedik a polarizacio (93% valoszinuseggel), stb. Es ha mind a hat
kort sikerrel veszi (ennek eselye 66%), a foton vegul VIZSZINTESEN
polarizalva lep ki a vesenypalyarol.
Tehat: ha a detektorba erkezo foton polarizacioja fuggoleges, akkor nem volt
ott a targy, ha vizszintes, akkor pedig ott volt. Harmadik lehetoseg, hogy a
foton nem erkezik meg: ez is azt jelenti, hogy a targy ott volt, csak az
"interaction-free" detektalas nem sikerult.
Ha utanaszamoltok, kiderul, hogy ha a polarforgato szoget csokkentjuk (es a
korbejarasok szamat noveljuk), akkor a foton elvesztesenek az eselye (elme-
letileg tetszolegesen) csokkentheto. 1 fok polarforgatas es 90 tiszteletkor
eseten mar 98.6% esellyel erkezik meg a (vizszintesen vagy fuggolegesen)
polarizalt foton.
A kvantummechanika rejtelye, hogy a nyalaboszton hogyan kepes egyesulni
a ket valoszinuseg egy teljes, eredeti fotonna. Ez rejtely, magyarazat
helyett kenytelenek vagyunk elfogadni: a kvantumos objektuom egy ilyen
allat. Persze biztositani kell azt, hogy a fotont tenyleg ne lehessen
leleplezni, hogy melyik uton jart, vagyis a nyalabosztobol egyenesen
kilepo "valoszinusegnek" es az oldalso tukrot megjaro "valoszinusegnek"
pont ugyanakkora kesleltetest kell szenvednie. Hogy megis mennyire kell
ugyanakkoranak lenni, azt nem tudom; szerintem a foton mint hullamcsomag
hosszusaganal kisebb elteressel kell a hat kor vegen a detektorba erkez-
niuk. Errol jo lenne autentikus velemenyt hallani egy Igazi Fizikustol.
A kiserleti elrendezes a cikkirok szerint mukodik.
Udv/Laci del Budapest y Pomaz
|
