사파이어 슈뢰딩거의 고양이는 양자 효과가 확장될 수 있음을 보여줍니다.

Nov 22, 2023

특별히 고안된 장치(그림 참조) 내의 사파이어 크리스탈 조각에서 과학자들은 크리스탈이 동시에 두 방향으로 흔들리는 죽은 채로 살아있는 슈뢰딩거의 고양이를 모방한 것을 만들었습니다.

마테오 파델

에밀리 코노버

2023년 4월 25일 오전 9시

통통한 고양이의 위대한 전통에 따라 새로 생성된 양자 "고양이"는 적어도 양자 영역에서는 특히 거대합니다.

과학자들은 물체가 두 가지 다른 상태에 동시에 존재하는 "고양이 상태"로 알려진 사파이어 크리스탈 조각을 흔들립니다. 물리학자들이 가장 좋아하는 상상 속의 고양이, 살아 있으면서도 죽어 있는 것으로 알려진 슈뢰딩거의 고양이를 연상시키는 상황입니다.

새로운 사파이어 고양이는 상대적으로 무거운 16마이크로그램이라고 물리학자들은 4월 21일 사이언스지에 보고했습니다. 이는 속눈썹 질량의 절반에 가깝고, 이전에 분자로 생성된 고양이 상태의 질량보다 100조 배 이상 높습니다. "우리는 양자 역학이 확실히 작동하는 새로운 체제에 도달했습니다"라고 ETH Zurich의 물리학자 Yiwen Chu가 말했습니다.

1930년대 물리학자 에르빈 슈뢰딩거(Erwin Schrödinger)가 꿈꿔온 양자 비유에서 고양이는 상자에 갇혀 양자 효과로 인해 살아 있으면서도 동시에 죽게 됩니다(SN: 5/26/16). 이런 역설적인 시나리오는 현실 세계에서는 일어나지 않습니다. 양자 입자는 두 가지 서로 다른 상태(중첩이라고 함)로 동시에 존재할 수 있지만 고양이 크기의 물질에서는 이러한 효과가 사라집니다.

양자 효과는 일반적으로 원자, 분자 등에 국한됩니다. 인간의 눈에 보이는 일상 세계는 양자적 특성을 나타내지 않습니다. 과학자들은 특정한 작은 물체를 동축하여 양자 특징을 표시할 수 있습니다(SN: 4/25/18). 그러나 과학자들은 양자 영역과 비양자 영역 사이의 경계를 완전히 이해하지 못합니다.

새로운 연구에 참여하지 않은 오타와 대학의 Benjamin Sussman은 "우리는 이제 막 중간 체제를 이해하기 시작했습니다."라고 말했습니다. "이러한 양자 시스템이 어떻게 확장되고 어떻게 작동하는지 보는 것은 정말 깊은 관심입니다."

고양이 상태는 슈뢰딩거의 아이디어를 재현하는 데 가까운 특별한 다양한 양자 행동입니다. 이는 원자의 에너지 수준과 같이 양자 영역에만 존재하는 두 가지 상태가 아니라 살아 있거나 죽은 고양이처럼 일상 세계를 설명하는 고전 물리학에 따라 구별되는 두 가지 상태의 중첩입니다.

새로운 실험에서 연구자들은 원자가 동시에 두 방향으로 움직이는 방식으로 사파이어 크리스탈의 일부를 흔들었습니다. 이는 슈뢰딩거의 고양이의 "정신을 포착하는" 구별이라고 추는 말합니다.

흔들림은 1억 개의 원자로 구성된 결정 조각 안에 갇혀 있었습니다. 이는 결정의 나머지 부분에서 추출하면 육안으로 볼 수 있을 만큼 충분히 크다고 Chu는 말합니다.

그럼에도 불구하고 원자의 진동은 백만분의 일 10억분의 1밀리미터 정도로 아주 작았습니다. 이는 정확히 일상 물체의 규모는 아닙니다. 고양이 상태에 대한 다른 시연에서는 더 적은 수의 원자로 구성되어 있음에도 불구하고 훨씬 더 큰 공간 분리가 있음을 보여주었습니다.

Sussman은 향후 연구에서 연구원들이 질량뿐만 아니라 진동의 크기도 확대하는 것을 보고 싶다고 말했습니다. "그건 정말 힘들겠지만 정말 흥미로울 거예요."

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이 기사의 버전은 Science News 2023년 6월 3일호에 게재됩니다.

M. Bildet al. 슈뢰딩거 고양이는 16마이크로그램 기계식 발진기에 대해 설명합니다. 과학. Vol. 380, 2023년 4월 21일, p. 274. doi: 10.1126/science.adf7553.

물리학 작가 Emily Conover는 박사 학위를 가지고 있습니다. 시카고 대학교에서 물리학을 전공했습니다. 그녀는 DC Science Writers' Association Newsbrief 상을 두 번이나 수상했습니다.

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