Vienas iš garsiausių kvantinės fizikos eksperimentų rodo, kad kvantinis pasaulis skiriasi nuo klasikinio pasaulio. Kai makroskopinis objektas yra nukreipiamas į plokštelę su dviem plyšiais, jie pereina per vieną iš plyšių ir palieka žymę ekrane priešais plyšį. Todėl esant dviems plyšiams, matomos dvi linijos.
Vienas iš garsiausių kvantinės fizikos eksperimentų rodo, kad kvantinis pasaulis skiriasi nuo klasikinio pasaulio. Kai makroskopinis objektas yra nukreipiamas į plokštelę su dviem plyšiais, jie pereina per vieną iš plyšių ir palieka žymę ekrane priešais plyšį. Todėl esant dviem plyšiams, matomos dvi linijos. Skirtingas vaizdas stebimas, kai vietoje makroskopinio objekto naudojamas elektronas – ekrane matyti ne tik dvi linijos, bet ir visas kelių linijų interferencinis vaizdas. Interferencinis vaizdas išlieka net tuo atveju, kai per kartą plyšių pusėn iššaunamas vienas elektronas. Galima daryti prielaidą, kad kažkokiu būdu elektronas pereina abu plyšius vienu metu ir tuo pačiu metu pats su savimi sąveikauja lyg būdamas banga, o ne dalelė.
Kita neįprasta šio eksperimento dalis yra tai, kad interferencinis vaizdas pradingsta, kai mokslininkai šalia vienos skylės patalpina detektorių, norėdami nustatyti per kokią skylę ar skyles elektronas praeina. Tokiu atveju pasirodo dvi tiesios linijos, kaip ir klasikiniu atveju.
Daug metų mokslininkai tyrė įvairias dviejų plyšių eksperimento versijas. Naujame nagrinėjime mokslininkų grupė iš Italijos atliko kitokį dviejų plyšių eksperimentą, kuriame panaudojo elektroninio peršvietimo mikroskopą.
„Keletą paskutinių metų stengėmės panaudoti mūsų patirtį dirbant su elektroninio peršvietimo mikroskopu bei ruošiant mėginius su fokusuotu jonų pluošteliu įvairių bazinių eksperimentų, susijusių su tam tikromis kvantinės mechanikos paslaptimis, nagrinėjimui. Šie eksperimentai aprašyti garsiosiose Feinmano paskaitose ir knygose“, – pasakė Stefanas Frabonis (Stefano Frabboni), dirbantis Modenos Universitete.
Pirmiausia mokslininkai panaudojo fokusuotą jonų pluoštelį dviems nanoplyšiams plokštelėje sukurti. Paskui jie modifikavo vieną iš plyšių, padengdami jį keliais mažo atominio numerio medžiagos sluoksniais. Šie sluoksniai vaidino detektoriaus vaidmenį ir turėjo nustatyti, per kurį plyšį elektronas praėjo.
Nors elektronai vis dar galėjo praeiti per plyšį su filtru, tačiau jame jie daugiausia patirdavo netampriąją sklaidą, o ne tampriąją. Kaip fizikai paaiškino, elektronas, patirdamas netampriąją sklaidą, tampa lokalizuotas plyšį dengiančiuose mažo atominio numerio medžiagos sluoksniuose ir praeidamas plyšį veikia kaip sferinės bangos. Priešingai, kai elektronas eina pro neuždengtą plyšį, jis yra panašus į cilindrinę bangą. Sferinės ir cilindrinės bangos neturi fazinės koreliacijos. Tai reiškia, jei elektronas įsigudrina vienu metu pereiti abu plyšius, ekrane nebus matomas interferencinis vaizdas.
Mokslininkai nustatė, kad filtro storis turi įtakos interferenciniam vaizdui. Kuo didesnis filtro storis, tuo didesnė netampriosios sklaidos tikimybė, lyginant su tampriąja sklaida, ir mažiau ryškus interferencinis vaizdas. Jie sugebėjo pagaminti pakankamai storą filtrą, kad interferencinis vaizdas visiškai dingtų iš ekrano.
„Kai elektronas patiria tampriąją sklaidą, jis tampa lokalizuotas filtre. Tai reiškia, kad jo banginė funkcija išsenka ir po matavimo periodo ji sklinda iš sąveikos srities kaip sferinė banga, neturinti jokio fazės ryšio su kitais elektronais, – pasakė Frabonis. – Eksperimento metu buvo nustatyta, kad elektronai pereina per abu plyšius. Stebimos dvi ryškios linijos, kai visi elastinę ir neelastinę sklaidą patiriantys elektronai užregistruojami. Stebimas ir interferecinis efektas iš vieno plyšio, kai formuojasi Franhauferio difrakcinis vaizdas iš elastinę sklaidą patyrusių elektronų.“
Atskirame tyrime fizikai uždengė abu plyšius norėdami nustatyti, ar dvi sferinės bangos sukurs interferencinį vaizdą. Jie pamatė, kad jokių interferencinių juostelių nesusidaro dėl vis dar esančios, bet silpnos netampriosios sklaidos. Mažo intensyvumo interferencinės juostelės, atitinkančios elastinę sklaidą, pasirodo.
Apibendrinant galima teigti, kad tyrimo rezultatai rodo, jog elektrono patiriamos sklaidos tipas gali būti nustatomas pagal paliekamą ekrane pėdsaką, o filtras, uždėtas ant vieno iš plyšių, keičia sklaidos pobūdį. Fizikai padarė išvadą, kad elastiškai išsklaidytas elektronas formuoja interferencinį vaizdą. Neelastinė elektronų sklaida neturi įtakos interferencijos procesui. Tokiu būdu Italijos mokslininkai paaiškino, kodėl dingsta iterferencinis vaizdas, kai prie vieno iš plyšių yra patalpinamas detektorius siekiant nustatyti, per kurį plyšį praėjo elektronas.
Paveikslėlyje pavaizduota, kad elektronai, praėję plyšį su filtru, patiria su didesne tikimybe neelastinę sklaidą ir formuoja sferines bangas. Elektronai, praėję pro plyšį be filtro, sudaro cilindrines bangas, kurios atitinka elastinę sklaidą. Tokių bangų sudėtis nekuria interferencinio vaizdo.
