פיזיקאים מהמכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס הצליחו להוכיח שאי אפשר לצפות בו־זמנית בטבע הגלי והחלקיקי של אור – תוך שימוש באטומים בודדים ופוטונים קוונטיים, ובכך אישרו את תחזיותיו של נילס בוהר
חוקרים מהמכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס (MIT) ביצעו את אחת הגרסאות המדויקות וה"נקיות" ביותר של ניסוי שני הסדקים – ניסוי אייקוני בפיזיקת הקוונטים שממחיש את טבעו הדואלי והמוזר של האור. באמצעות אטומים בודדים וקורנים קוונטיים בודדים (פוטונים), הצליחו החוקרים לבחון לעומק את השאלה הגדולה שהעסיקה את גדולי הפיזיקאים במאה ה־20: האם האור הוא גל או חלקיק?
ניסוי שני הסדקים – גרסת 2025
הגרסה הקלאסית של ניסוי שני הסדקים נערכה כבר בשנת 1801, ובמהלכה נצפתה תבנית התאבכות אופיינית לגלים – מה שהוכיח בזמנו שהאור מתנהג כגל. אך עם עליית תורת הקוונטים, הסתבר כי כאשר מנסים למדוד דרך איזה סדק עובר הפוטון – התבנית נעלמת, והאור מתנהג כחלקיק.
בניסוי החדש של MIT, שפורסם ב־Physical Review Letters, נעשה שימוש באטומים מקוררים לטמפרטורות אולטרה-נמוכות, המסודרים בסריג אופטי מדויק. החוקרים כיוונו אל האטומים קרן לייזר חלשה, כך שכל אטום פעל כ"סדק" בודד, בדומה לגרסה התיאורטית שהציע איינשטיין לפני כמעט מאה שנה.
איינשטיין מול בוהר – סיבוב נוסף
ב־1927 הציע איינשטיין כי אם ניתן יהיה למדוד את השפעת הפוטון על אחד מהסדקים – למשל באמצעות קפיץ זעיר – אפשר יהיה לדעת באיזה סדק עבר הפוטון, ובמקביל לראות גם את תבנית ההתאבכות. נילס בוהר התנגד לכך בטענה שפעולת המדידה עצמה תשנה את המערכת – כך שלא ניתן יהיה לראות את שני ההיבטים בו-זמנית.
הניסוי של MIT הראה שאכן, ככל שהמערכת מספקת יותר מידע על מסלול הפוטון (התנהגות חלקיקית), כך יורדת חדות תבנית ההתאבכות (התנהגות גלית). החוקרים הצליחו לשלוט ברמת "העמימות" של האטומים – כלומר, עד כמה הם "מרגישים" את הפוטון – באמצעות כוונון חוזק הלכידה של לייזר המאפשר לאטום להיות יותר או פחות "מרוח".
"מה שעשינו הוא גרסה אידאלית של ניסוי מחשבתי (Gedankenexperiment) – בלי קפיצים, בלי רכיבים מכניים – רק קוונטים טהורים", אמר פרופ' וולפגנג קטרלה, ראש קבוצת המחקר.
האטומים כתחליף לסדקים
החוקרים השתמשו ב־10,000 אטומים זהים, שהורכבו בצורה של סריג גבישי מדויק. מרחקים גדולים בין האטומים הבטיחו שכל אחד יתפקד כיחידה עצמאית. כאשר עבר פוטון סמוך לשני אטומים – התאפשר לראות האם נוצרה תבנית התאבכות או לא, בהתאם לרמת ה"פאזיות" של האטומים.
התוצאה: אף על פי שהקפיץ הדמיוני של איינשטיין הוסר מהמשוואה, עדיין לא ניתן היה לצפות בו-זמנית גם בהתאבכות (גל) וגם במעבר דרך סדק מסוים (חלקיק). ההסבר המדויק לכך נובע מקשרים קוונטיים עמוקים בין הפוטון לאטום, ולא מרכיבים מכניים כלשהם.
שנת הקוונטים – סגירת מעגל היסטורית
שנת 2025 הוגדרה על ידי האו"ם כ"שנת המדע והטכנולוגיה הקוונטית", לציון מאה שנה להולדת תורת הקוונטים. ההישג של MIT מגיע בעיתוי סמלי: כמעט מאה שנים אחרי שויכוח איינשטיין-בוהר עלה לראשונה, המדע מספק תשובה חותכת – אך גם מזכיר כמה עוד לא ברור.
"זה ציון דרך מדעי, אבל גם תזכורת לכך שהעולם הקוונטי הוא עדיין מסתורי מאוד", סיכם אחד החוקרים.
עוד בנושא באתר הידען:
תגובה אחת
תוצאות הניסוי הם פרצוף אחר של עקרון אי הוודאות