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MIT实验证明量子力学超过四百英里远依然有效

2016年7月29日0:06 未解之谜网

来自麻省理工学院(MIT)的研究人员刚刚证实从伊利诺州(Illinois)到明尼苏达州(Minnesota),距离456英里的微中子震荡。最终,这成为有史以来测试与证明量子效应的最长距离。

在我们周围的小谜团

微中子 (neutrino)是电子学上中性的次原子粒子,能够穿越物质而不受改变,也不会被注意到。事实上,数以百万颗的微中子现正在穿越你的身体。尽管它们有点难以理解的本质,理论认为它们在塑造宇宙上,扮演一个重要的角色;并且在事实上,是一个暗物质解释的首要候选者:热暗物质理论 (虽然它不被相信是暗物质本身,依旧需要冷暗物质理论)。

不管怎样,微中子是物理学上最难理解的基本粒子之一;而且在整个历史上,它们的理论一直在从一边摆荡到完全相反的另一边。

很长一段时间,它们被认为是没有质量,这项错误后来被揭穿。一开始也认为微中子种类(电子、渺子和涛子)是源自于特定的微中子,然而,在几次的实验之后,结果显示与这个想法冲突,更多的调查因而接踵而来。

在去年,一项研究决定性地推翻原始假设,证实微中子震荡(neutrinos oscillate)是一种叠合状态(state of superposition):许多量子力学模型之一,完全与古典物理学冲突。

微中子震荡意味着它们没有明确的实体,或是”特性(fl艾薇or)”;并且在它的一生,会从一种微中子改变成另一种。去年,这项研究让作者东京大学柏校区(University of Tokyo, Kashiwa, Japan)的Takaaki Kajita以及加拿大金士顿市皇后大学(Queen’s University, Kingston, Canada)的Arthur B. McDonald获得诺贝尔物理奖,就好像它所推翻的原始研究 (另外两项微中子研究也是)。

宏观角度的量子效应

现在,来自MIT的物理学家主导一项实验,证明超过数百英里的微中子震荡:有史以来测试过的最长距离的量子力学效应,并且获得证实。经过伊利诺州(Illinois)和明尼苏达州(Minnesota)数百英里,这个叠合发生效力。

研究人员使用来自费米实验室(Fermilab) 微中子震荡搜寻主要注入器 (Main Injector Neutrino Oscillation Search MINOS)的数据,一项实验藉由从芝加哥设备分散其他高能粒子来产生微中子,并且向位在456英里远的明尼苏达州侦测器放射。他们发现在伊利诺州离开的微中子,它们可能以一颗完全不同的微中子抵达明尼苏达州。

MIT的科学史Germeshausen讲座教授暨物理学教授David Kaiser说:“吸引人的地方是,我们很多人认为量子力学应用于小规模上,但结果却是我们无法逃避量子力学,甚至当我们在描述发生于长距离的过程时。甚至当这些东西以一种状态离开,行进数百英里后,然后进入另一种状态,我们无法停止量子力学的描述。这真的很惊人。”

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