Quantum Zeno-effect

De kwantum Zeno-effect is een fenomeen in de kwantumfysica waarbij het observeren van een deeltje voorkomt dat het in verval raakt zoals het zou zijn zonder de observatie.

Klassieke Zeno-paradox

De naam komt van de klassieke logische (en wetenschappelijke) paradox gepresenteerd door de oude filosoof Zeno van Elea. In een van de eenvoudigere formuleringen van deze paradox, om een ​​ver punt te bereiken, moet je de helft van de afstand naar dat punt overschrijden. Maar om dat te bereiken, moet je de helft van die afstand oversteken. Maar eerst, de helft van die afstand. En zo verder ... zodat blijkt dat je eigenlijk een oneindig aantal halve afstanden moet oversteken en daarom kun je het eigenlijk nooit halen!

Oorsprong van het Quantum Zeno-effect

Het quantum Zeno-effect werd oorspronkelijk gepresenteerd in het artikel uit 1977 "The Zeno's Paradox in Quantum Theory" (Journal of Mathematical Physics, PDF), geschreven door Baidyanaith Misra en George Sudarshan.

In het artikel is de beschreven situatie een radioactief deeltje (of, zoals beschreven in het oorspronkelijke artikel, een "onstabiel kwantumsysteem"). Volgens de kwantumtheorie is er een gegeven waarschijnlijkheid dat dit deeltje (of "systeem") in een bepaalde tijdsperiode door een verval zal gaan in een andere staat dan waarin het begon.

Misra en Sudarshan stelden echter een scenario voor waarin herhaalde observatie van het deeltje eigenlijk de overgang naar de vervaltoestand verhindert. Dit kan zeker denken aan het gemeenschappelijke idioom "een bewaakte pot kookt nooit", behalve in plaats van alleen een opmerking over de moeilijkheid van geduld, dit is een fysiek resultaat dat experimenteel kan (en is) experimenteel bevestigd.

Hoe het Quantum Zeno-effect werkt

De fysische verklaring in de kwantumfysica is complex, maar redelijk goed begrepen. Laten we beginnen met de situatie te beschouwen zoals deze gewoon normaal gebeurt, zonder het kwantum Zeno-effect op het werk. Het beschreven "onstabiele kwantumsysteem" heeft twee toestanden, laten we ze toestand A (de niet-vertraagde toestand) en toestand B (de vervallen toestand) noemen..

Als het systeem niet wordt geobserveerd, zal het in de loop van de tijd evolueren van de niet-vertraagde toestand naar een superpositie van toestand A en toestand B, waarbij de waarschijnlijkheid in beide staten op tijd is gebaseerd. Wanneer een nieuwe observatie wordt gedaan, zal de golffunctie die deze superpositie van toestanden beschrijft, instorten in toestand A of B. De waarschijnlijkheid in welke toestand het instort, is gebaseerd op de hoeveelheid tijd die is verstreken.

Het is het laatste deel dat essentieel is voor het kwantum Zeno-effect. Als u na een korte periode een reeks waarnemingen doet, is de waarschijnlijkheid dat het systeem zich tijdens elke meting in toestand A bevindt, dramatisch hoger dan de waarschijnlijkheid dat het systeem zich in toestand B bevindt. Met andere woorden, het systeem blijft terugvallen in de niet vervallen staat en heeft nooit tijd om te evolueren naar de vervallen staat.

Hoe contra-intuïtief dit ook klinkt, dit is experimenteel bevestigd (net als het volgende effect).

Anti-Zeno-effect

Er is bewijs voor een tegenovergesteld effect, dat wordt beschreven in Jim Al-Khalili Paradox als 'het kwantumequivalent van naar een ketel staren en het sneller aan de kook brengen. Hoewel het nog enigszins speculatief is, raakt dergelijk onderzoek de kern van enkele van de meest diepgaande en mogelijk belangrijke gebieden van de wetenschap in de eenentwintigste eeuw, zoals werken aan het bouwen van een zogenaamde kwantumcomputer. ' Dit effect is experimenteel bevestigd.