Квантовые чудеса. Часть 2. Наблюдение ⁠ ⁠

Ну что, друзья, соскучились по забористой квантовой физике? Сегодня мы запилим такую тему, вникнув в которую, вы станете сведущими людьми в этой ихней науке, над вами больше не будут смеяться технари, а физики-теоретики перестанут вас обижать. Потому что отныне и вовек вы всегда сможете небрежно спросить хулиганов: ну, как там дела с декогеренцией волновой функции и что нового в доказательствах многомировой интерпретации?

Эта наша тема одна из самых сложных, поэтому всем новичкам строго рекомендуется почитать наши предыдущие лекции с картинками, особенно про кванты, материю и корпускулярно-волновой дуализм. Да и тем, кто нас внимательно читает, тоже не помешает освежить в голове знания, ибо грядет срыв простыней с самых головоломных квантовых парадоксов.

Неуместные картинки и искаженная подача информации, как обычно, нами гарантируются.

Итак, квантовые чудеса. Часть 2. Наблюдение квантовых событий.

Напомним, что в предыдущей теме мы разобрались с тем, что на элементарном уровне вещество представляет собой форму материи, которую не встретишь в макромире. А именно: материя является одновременно и частицей и волной. Причем, во втором случае квадрат высоты гребня такой волны является вероятностью нахождения частицы в определенном месте.

Продолжим насиловать собственный мозг и вернемся к модифицированному опыту Юнга, который нынче известен под названием "двущелевой эксперимент". Вспомним, как ученые стали пулять по двум щелям одиночными электронами и в итоге все равно получили интерференционную картинку.

Такая стрельба с большими интервалами времени, вызывающая медленное рисование полосатой картинки на экране, как бы намекает на то, что частица проходит через обе щели одновременно, то есть частица находится в один и тот же момент в разных местах.

Нахождение частицы в нескольких местах одновременно, или, если быть более точным, наличие у частицы одновременно нескольких состояний, физики называют квантовой суперпозицией. Квантовый объект (такой как атом, электрон, фотон, бозон и прочие) всегда до определенного события пребывает более чем в одном состоянии.

Таким образом, выпущенный из электронной пушки электрон находится в суперпозиции и находится в нескольких местах одновременно, имеет разную скорость, траекторию (есть вероятность, что он летит к нам через соседнюю галактику - вообще это Фейнман скорее пошутил, чем в самом деле так, но осадочек остался). С помощью формул Шредингера мы можем только посчитать вероятное значение этих параметров (пролет через другую галактику с отрицательной массой имеет маленькую вероятность, но-таки имеет), а вот точное их значение мы сможем получить только после измерения.

Это суровая квантовая реальность: узнать настоящие параметры частицы, можно лишь после измерения, при этом мы уничтожим суперпозицию – частица случайным образом выберет одно из возможных состояний. Сейчас мы расскажем об этом подробнее.

Мы с вами приходим к совершенно неприличному выводу о квантовом мире: чтобы узнать, какое состояние имеет частица, нам нужно ее измерить. Или, как говорят, яйцеголовые (а также всякие шарлатаны и "квантовые маги") – пронаблюдать.

Нагляднее всего проблему наблюдения частицы-кванта показывает пресловутый ролик из одного псевдонаучного фильма (полностью его смотреть не рекомендуется, потому что авторы претендуют на неподтвержденные наукой явления о материальности мысли и всякую ересь типа, как прийти к успеху, ничего не делая). Вот тут мы даем ссылку на этот пятиминутный ролик – пока еще никто более удачно не визуализировал загадку двущелевого эксперимента.

Для тех, у кого видео по разным причинам не показывает, расскажем своими словами. Ученые, балуясь с опытом Юнга, не в силах поверить, что частица одновременно пролетает через обе щели, решили доказать, что электрон пролетает через одну щель, а потом уже как-то интерферирует.

По сути говоря, они произвели "наблюдение" над частицей. Результаты двущелевого эксперимента навсегда похоронили надежду на то, что квантовую физику можно описать классическими методами.

Если закрыть обе щели пластинками-детекторами и выстрелить по ним электрончиком, то оный будет пойман пластинкой у одной щели (а не одновременно обеими пластинками) – это нормальное следствие того, что электрон весь такой неделимый, целостный, квант, твердая, понимаете ли, частица.

Теперь мы одну пластинку-детектор убираем, опять стреляем электроном и видим, что вторая пластинка ничего не зарегистрировала, значит, электрон пролетел через ту щель, которая без детектора. Но на экране сзади мы не увидим интерференционной картины. Электрон остался частицей – он как будто "узнал", что у второй щели его ждет засада и продолжил свой дальнейший путь в гордом одиночестве в виде частицы без всяких интерференций с самим собой.

Убираем обе пластинки, освобождаем щели – у нас снова интерференция, снова электрон пролетает через обе щели одновременно.

Важное примечание: описанный (а также показанный в ролике) опыт является умозрительным и упрощенным. На самом деле эксперимент технически более сложен и выполняется посредством всяких там рассеиваний электронов на атомах и т.д. и т.п.

Опыт с наблюдением окончательно заставил ученых признать, что классическая физика больше не идеальна, и во многих прикладных областях уже и не применима. Мировоззрение Лапласа, при котором все считается детерминированным, имеет причину и следствие от начала сотворения мира до его конца, также стало историей. Наступила новая эра непонимания законов природы, и, надо сказать, она еще до сих пор не закончилась.

Выяснилось, что наблюдение (измерение) влияет не только на местонахождение частицы в двущелевом опыте. В 1960 году физики (кстати, в СССР) предсказали, что наблюдение может влиять, например, на распад ядра атома – на ту самую радиоактивность. И в самом деле – в 2006-ом опыты подтвердили теорию – "наблюдение" замедляло распад атомов рубидия (неверящим гуглить "эксперимент Вольфганга Кеттерле" или почитать по этой ссылочке).

Еще раз напомним, что "наблюдение" это не значит просто смотреть. Это значит воздействовать на систему, чтобы получить обратную связь в виде результата: облучать чем-нибудь, светить фонариком, ставить препятствия, обстреливать электронами или протонами и т.д. Хотя существуют не только всякие фрики, но и уважаемые физики, считающие простое наблюдение актом сотворения реальности. Эйнштейн никак не мог согласиться с такими выводами и спрашивал, что ж это получается, если я не смотрю на Луну, значит ее нет?

Таким образом, квантовый объект до наблюдения находится в суперпозиции. Он описывается заумной волновой функцией, но как только мы проводим наблюдение, происходит коллапс этой функции, суперпозиция "схлопывается" в одно из возможных состояний.

Обывательский ум обязательно скажет, что это звучит невероятно и глупо. Так же решил тот самый Шрёдингер и в 1935 году, который, по его собственному мнению, удачно пошутил в одной из научных статей по физике.

Для примера абсурдности явления суперпозиции он взял свою кошку и произвел над ней мысленный эксперимент. Давайте, сказал, он поместим кошку в коробку, в которой находится радиоактивный атом. Этот нестабильный атом, как мы уже знаем, является квантовой системой, находящейся в суперпозиции (смешение состояний), и неизвестно, собирается ли атом распадаться или нет. Для чистоты эксперимента подбираем такой атом, вероятность распада которого в течение одного часа будет равна 50% .

В суперпозиции заключены одновременно два состояния, которые нас интересуют: распад ядра атома и его стабильность. Пусть для квантового мира это нормально - допустил хитрый Шрёдингер. Но теперь мы положим в коробку специальный механизм, состоящий из счетчика Гейгера и ядовитого газа. Если атом распадется, то счетчик Гейгера зарегистрирует радиоактивность, механизм разобьет ампулу с газом и кошак умрет.

Теперь самое смешное, заявил Шрёдингер, – если до открытия коробки (до проведения наблюдения) атом находится в суперпозиции, то значит и кошка находится в суперпозиции и описывается той же волновой функцией. Иначе говоря, кошка жива и мертва одновременно, пока мы не откроем коробку

Шутка Шрёдингера стала весьма популярной, нынче она известна как мем "Кот Шрёдингера", про который все говорят, но мало, кто понимает.

В то время как обычные люди строили империи, рейхи, воевали за господство над Европой, проводили коллективизацию и индустриализацию, ученые воевали между собой за "правильную" интерпретацию квантовой механики.

Самым популярным "объяснением" (включая настоящее время) считается копенгагенская интерпретация. Озвучил ее гений по имени Нильс Бор, который утер нос Эйнштейну, и в дом которого за заслуги перед наукой была проведена пивная труба с бесплатным свежим пивом (пожизненно) из соседнего пивзавода Carlsberg. Суть теории в том, что квантовые явления носят изначально вероятностный характер, и он принципиально не устраним. Вселенная это набор вероятностей, возможностей. Коллапс волновой функции происходит во время наблюдения, и квантовая система принимает случайным образом одно из состояний, а остальные варианты просто не реализуются. Копенгагенская теория не очень толково объясняет, что считать наблюдением и в общем случае полагается, что наблюдение происходит, когда мир классических объектов вмешивается в квантовый мир. То есть измеряем макроприборами микромир, и ничего мы с этим микромиром сделать не можем. Типа смиритесь, неудачники - работайте с тем, что есть.

Другую невероятную интерпретацию придумал американский физик Хью Эверетт III. Когда он приехал в Копенгаген показать свои идейки Бору, тот сказал, что идея глупая и отправил Эверетта восвояси. Однако интерпретация впоследствии оказалась разумнее, чем думалась Бору и нынче это вторая версия по популярности.

Смысл теории Эверетта в том, что приборы, производящие измерения тоже находятся в суперпозиции, но мы это не замечаем, потому что, как только происходит измерение, вселенная раздваивается ("расстраивается", "расчетверяется" и т.д.) на все возможные варианты развития событий. То есть когда ящик с котом открывается, начинается две новые интересные истории в параллельных вселенных: в одной кот жив, в другой мертв. Представьте, сколько квантовых событий происходит в мире ежесекундно, и сколько при этом рождается параллельных вселенных.

Поэтому теория называется многомировой интерпретацией.

А какие интересные следствия выходят из этих интерпретаций! Например, квантовое самоубийство. Это мысленный эксперимент с позиции кота Шрёдингера. Представим, что человек соорудил такое ружье, которое стреляет (или не стреляет) на основе механизма распада ядра атома. С точки зрения копенгагенской интерпретации распад атома таки случится через некоторое время, и человек умрет. А вот в многомировой интерпретации будет немного иная картина. Каждый раз при нажатии курка, вселенная будет раздваиваться, и всегда будет существовать версия человека, у которого ружье никогда не выстрелит, хотя для стороннего наблюдателя такой человек будет мертв с высокой вероятностью.

Таким же образом можно представить и квантовое бессмертие. Даже находясь в эпицентре ядерного взрыва существует вариант развития событий, в котором вы выживаете и далее вы путешествуете мирам, удивляясь тому, как нелепое стечение обстоятельств позволяет вам каждый раз избежать смерти (в то время как ваши альтернативные версии дохнут как мухи).

Существуют и другие менее популярные интерпретации квантовой механики. Например, механика Бома (американский и британский физик), в которой тот вообще заявил, что случайных событий нет, просто мы знаем не все параметры (в чем его поддерживали Эйнштейн и де Бройль). Но до сих пор эта интерпретация воспринимается физиками довольно негативно.

Существует космологическая интерпретация, согласно которой все события уже записаны в бесконечной Вселенной (если Вселенная бесконечна, значит в ней возможно всё, что имеет вероятность хоть немного выше нуля). Квантовая неопределенность это проблема наблюдателя, который не способен узнать заранее, в какое событие он "записан".

Есть еще несколько мозговыносящих интерпретаций, которые мы, честно говоря, и сами не понимаем, да и они больше похожи на философию, чем на научную теорию (как будто теория Эверетта похожа на научную, ага).

Ну, и наконец, самая современная интерпретация всего этого безумия это декогеренция квантового состояния. Рано или поздно ученые устали выдумывать безумные теории, а сели и хорошенько подумали.

Идею интерпретации вывели из копенгагенской, и она звучит более-менее разумно. Помните закон термодинамики, когда нагретое тело (без продолжающегося нагревания) рано или поздно остывает до температуры с окружающей среды? Так вот и с квантовыми событиями похожее явление. Квантомеханическая система, взаимодействуя с окружающей средой, необратимо проявляет классические черты. Чем больше "участников" в такой системе, чем больше атомов, участвующих в процессе, тем быстрее волновая функция схлопнется в одно конкретное состояние. Стабильность "съедает" неопределенность.

Поэтому в случае с котом Шредингера нельзя говорить, что кот жив и мертв одновременно. Благодаря декогеренции, кот встретился со своей судьбой задолго до открытия коробки и парадокса не существует. А также и не существует загадочного "наблюдателя" – измерением мы только ускоряем декогеренцию, то есть связываем закрытую квантовую систему с окружающим миром. Аналогичным образом мы некоторыми действиями можем удерживать квантовую систему в состоянии суперпозиции, изолируя ее от внешней среды (а теоретически даже сколь угодно долго – можно попробовать удерживать атом от распада бесконечно).

(К сожалению, найти что-либо в рунете по декогеренции практически не реально, так как поисковики заспамлены идиотскими интерпретациями Доронина и прочим бредом о влиянии сознания на материю – это печально, ибо загнивающий Запад занимается прорывами в теоретической физике на протяжении семидесяти лет, подходя к созданию квантовых компьютеров, а все, что у нас имеется – талмуды по "квантовой магии", и то, как дешевый пересказ западных шарлатанов. Мы плачем навзрыд от неспособности получить доступ к новейшим знаниям).

В этой части наших псевдонаучных лекций мы порассказывали о проблемах наблюдения частиц и интерпретациях квантовой механики. Мы сознательно не коснулись таких интереснейших явлений как неопределенность Гейзенберга, квантовая нелокальность и принцип запрета Паули. Чтобы доступно об этом рассказать нужно гораздо больше текста (и картинок). А также некоторая подготовка читателя, которую мы, не торопясь, проводим.

Тем же, кто будет обязательно критиковать нашу методологию, сообщим, что мы нарушаем порядок повествования и рассказываем о некоторых вещах без определенной части необходимых знаний (это да: было бы неплохо до интерпретаций квантовой механики ввернуть про квантовую неопределенность Гейзенберга). Но мы очень долго размышляли над методологией повествования, много читали научпоп литературы (в некоторых книгах изложение было еще более нелинейно, чем наше) и, учитывая тот факт, что мы пытаемся рассказать о научных проблемах обычным людям, которые выбрали в своей жизни занятия очень далекие от теоретической физики, то мы считаем вправе так поступить. В конце концов, мы уверены, что любой человек, который посчитает наши лекции неполными, не забанен в Гугле с вероятностью 99,9% и сможет самостоятельно продолжить самообразование.

Зато теперь многие, дочитавшие до конца, поймут тонкую шутку на картинке:

NB: Снова и снова напоминаем, что все изображения взяты из гугла (поиск по картинкам) - авторство определяется там же.

Незаконное копирование текста преследуется, пресекается, ну, и сами знаете.

6.4K поста 71.1K подписчика

ВНИМАНИЕ! В связи с новой волной пандемии и шумом вокруг вакцинации агрессивные антивакцинаторы банятся без предупреждения, а их особенно мракобесные комментарии — скрываются.

Основные условия публикации

- Посты должны иметь отношение к науке, актуальным открытиям или жизни научного сообщества и содержать ссылки на авторитетный источник.

- Посты должны по возможности избегать кликбейта и броских фраз, вводящих в заблуждение.

- Научные статьи должны сопровождаться описанием исследования, доступным на популярном уровне. Слишком профессиональный материал может быть отклонён.

- Видеоматериалы должны иметь описание.

- Названия должны отражать суть исследования.

- Если пост содержит материал, оригинал которого написан или снят на иностранном языке, русская версия должна содержать все основные положения.

Не принимаются к публикации

- Точные или урезанные копии журнальных и газетных статей. Посты о последних достижениях науки должны содержать ваш разъясняющий комментарий или представлять обзоры нескольких статей.

- Юмористические посты, представляющие также точные и урезанные копии из популярных источников, цитаты сборников. Научный юмор приветствуется, но должен публиковаться большими порциями, а не набивать рейтинг единичными цитатами огромного сборника.

- Посты с вопросами околонаучного, но базового уровня, просьбы о помощи в решении задач и проведении исследований отправляются в общую ленту. По возможности модерация сообщества даст свой ответ.

Наказывается баном

- Оскорбления, выраженные лично пользователю или категории пользователей.

- Попытки использовать сообщество для рекламы.

- Многократные попытки публикации материалов, не удовлетворяющих правилам.

- Нарушение правил сайта в целом.

Окончательное решение по соответствию поста или комментария правилам принимается модерацией сообщества. Просьбы о разбане и жалобы на модерацию принимает администратор сообщества. Жалобы на администратора принимает @SupportComunity и общество пикабу.

Процесс наблюдения был очень понятно был описан в каком-то немере журнала "Наука и жизнь" ( не помню каком))

Ведь что такое наблюдение? Мы выпускаем детектором партию чего-нибудь ( фотонов, например) и ждём, сколько их и в каком виде "прилетит" обратно или на специальный приемник. Всё, понаблюдали)

Конечно всё коллапсирует от этой мешанины))

Автору спасибо за посты. Есть вопрос, который мучает персонально меня. Есть ли в интернете видос с эффектом наблюдателя? Или может где-то можно простому обывателю на него посмотреть в реале? Т.е не графически типа "вот смотрите мультик" и не объяснения/рассуждения. А так что бы вот прям был показан процесс. Т.е вот смотрите электрон интерферирует на 2 щелях, а вот мы поставили детектор и он перестал. Весь гугл сломал уже в поисках..

Прикольно объяснена проблема наблюдения через бильярдные шары: завязать человеку глаза, и дать бесконечное количество бильярдных шаров и задачу найти дверь в дом. Кидая шары и ориентируясь на звук человек в конце концов найдет дверь и даже ручку, и даже зайдет. А внутри бильярдный стол с каким то положением шаров на нем. Продолжая кидать шары человек может конечно узнать позицию на столе, но она будет актуальна только для момента броска, потому что брошенный бильярдный шар вносит изменение в позицию

самая лучшая интерпретация квантовой физики - "заткнись и считай"

мы живем в плоском, низкоэнергетичном мире, очень сложно в терминах такого мира описывать искривлённый или высокоэнергетичный мир

это как муравей пытается описать сферу имея дело только с листом бумаги

так что математика - наше всё :)

Флешка в суперпозиции. это же всё объясняет!

По поводу разделения вселенной на свои разные варианты. У меня давно уже появилась такая мысль ещё до того, как я о ней узнал. В детстве меня на улице чуть не увёл незнакомый мужик и только то, что меня позвали домой в последний момент не позволило этому произойти. Но я до сих пор думаю, что в тот момент другого меня из параллельно созданной в тот момент реальности увели и меня возможно в течение суток не стало. А нынешняя реальность - та, в которой я убежал тогда домой.

Спасибо, было очень интересно! Специально сделал опыт Юнга. Использовал картон, в котором вырезал 2 параллельные полоски. В домашних условиях выглядит вот так:

Я могу ошибаться, но мне кажется, такое явление как "трамвай пришел", когда в магазине или, как в моем случае, аптеке, периоды мертвой тишины и единичных покупателей вдруг сменяются их наплывом и это явление мало связано с часами-пик: то зеваешь от скуки, то мечешься в запарке, пытаясь обслужить очередь из 12 человек, имеет объяснение на уровне квантовой физики.

я так понял, доказать любую из теорий, объясняющих квантовые выкидоны, мы не в состоянии. И никогда не докажем?

Хотелось бы уточнить насчет возможности существования скрытых или неизвестных нам параметров вселенной, которые могли бы все таки отбросить вероятностную основу и внести детерминизм в физику. Есть такая теорема Белла (неравенства Белла), которые доказывают, что вселенная имеет вероятностную основу, или как выражался Эйнштейн - "Бог играет в кости".

Эти неравенства доказаны экспериментально. Микромир недетерминирован.

Цитата про невозможность понять квантовую механику в статье, объясняющей квантовую механику, неуместна.

Индусы что-то такое видимо подозревали) Супернаблюдатель

Попробую свой вариант неопределенности - кроме 3 пространственных 1 временного есть еще измерение - великий рандом, это измерение состоит в полной противоположности остальным измерениям, в результате же взаимодействия всех 5 получается результат, событие

Получается 4 измерения, логика и порядок , 5е хаос.

Ага, а еще они заспамлены абсолютно одинаковыми пересказами эксперимента с двумя щелями, копенгагенской и многомировой интерпретацией и фразами про схлопывание волновой функции, которые, кажется, авторы друг у друга копипастят. Не так ли, ТС?

Ну вот, опять неправильное описание Многомировой интерпретации, с дискретными раздваивающимися мирами.

Мне кажется, ее пора переименовать, а то люди слышат «Многомировая интерпретация» и думают, что там реально какие-то отдельные миры, хотя вообще-то интерпретация говорит об Универсальной волновой функции. И в момент наблюдения ничего особенного не происходит, никто никуда не раздваивается. Волновая функция просто продолжает свою эволюцию. А никаких классических, определенных состояний вообще не существует — ни в одном мире, ни в разных. В каждый момент времени состояние системы описывается волновой функцией.

сквозь котовую нору и всё такое-)

в общем снова спасибо за отличное изложение вот этого вот всего. я даже почти всё понял-)

Не раскрыта тема о квантовом стирании, https://www.youtube.com/watch?v=v2J4lJAvpLM

Прошу автора высказать своё мнение по этому поводу.

Смотрел много лекций по КМ, эту считаю лучшей:

ТС, вот вы упомянули квантовый эффект Зенона. Не могли бы вы популярно рассказать об контрфактической квантовой коммуникации, основанной на этом эффекте?

Короче, электрон, я тебя пронаблюдал и в благородство играть не буду. Пройдёшь для меня через пару щелей, и мы в расчёте. Заодно посмотрим, как быстро у тебя волновая функция после этого коллапсирует. А по твоей теме - постараюсь разузнать, хочешь быть в суперпозиции, значит, есть зачем."Сидорович.jpg"

@demonword , а про конфайнмент будет? Вот уж где мозговыносяшка.

Про декогеренцию доходчиво написано в русской вики

Не физик, на правильность не претендую, но по поводу мироздания, имхо, мне лично больше нравится космологический вариант. Т.е. то, что Вселенная не делится при каждом квантовом собатый каждый раз на несколько, а изначально поделена.

Грубо говоря, мы (наблюдатель) можем записать мгновенное состояние всех возможных параметров окружающего мира и затем в течение, скажем минуты, менять их как нам заблагорассудится. Но если, условно, перенестись на минуту вперед в системе координат пространство-время, то мир для нас будет иметь какое-то одно состояние.

Если упрощенно выражать это геометрически, в трехмерном пространстве то с точки зрения наблюдателя время линейно и представляет собой последовательность событий. В прошлом, позади нас, т.е. в нашей памяти, все уже произошло и являет собой одну линию. Настоящее - текущее мгновение, точка отсчета. Будущее, впереди нас, с точки зрения наблюдателя полная определенность (можно сесть, или встать, или чаю выпить, или ничего не делать и т.д.), но в конечном итоге мы сделаем что-то одно.

Таким образом наша текущая реальность, это бесконечная плоскость, сформированая "пространством выбора" каждого отдельного наблюдателя, но тем не менее все наблюдатели находятся в области действия определенного набора законов и констант, которыми ограничен выбор, поэтому и плоскость.

Далее существует бесконечное множество таких плоскостей, Реальностей, каждая со своим набором законом, "повернутых" на некоторый условный угол друг относительно друга. Угол этот зависит от того, насколько разнятся законы и константы этих реальностей. Но в любом случае реальность остается, по сути уже свершившимся набором событий.

При этом реальности не имеют какой-либо линейной связи по времени (как во множестве фантастики на тему параллельных миров), в силу того, что все события в них уже произошли.

Как известно, пересечение плоскостей дает прямую, и в данном случае все эти прямые будут проходить через общую точку - ноль, абсолютное ничто, место где события отсутствуют. Абсолютный ноль служит началом координат Вселенной (т.е. всего). Сооответственно, бесконечное множество реальностей формирует бесконечное пространство абсолютного рандома (хаоса) вокруг ноля.

Попыткой как-либо это осознать через собственное восприятие мы либо пытаемся внести некий порядок в хаос (тем самым нарушая рандом), либо привнести что-то (свой разум) в абсолютное ничто, и оно уже перестает быть ничем.

Понятие квантовой неопределенности, в данном случае, будет возникать при попытке наблюдения параметров лежащих на линии пересечения двух плоскостей-реальностей.

Восприятие рандома и ноля наверное было бы возможно в мире чистой математики, где все, в том числе и наблюдатель, представляют собой только математические объекты и функции без какого-либо физического воплощения.

Еще раз повторюсь, все выше - мое имхо, и не претендует на истинность, но по крайней мере так оно хоть немного, но уклыдавается в сознании.

По поводу Эксперимента Уиллера с отложенным выбором.

Что такое экран более менее понятно. А метафорой чему являются телескопы? Какие конкретные способы используются (использовались) что-бы понять через какую щель проходит фотон?

Большое спасибо! Очень интересно! Жду продолжения.

Молекулы тоже интерференцую показывают, симулировать волну проще чем частицу

двухщелевой опыт проводился в вакууме, при низких температурах? Есть подробное описание на русском?

спасибо, бро за тематический пост

Спасибо! Очень занимательная статья !😊

Примерно так нам препод в универе и обьяснял. СГУ им. Чернышефского факультет. философии и антропологии! Да, и гуманитариев обучают азам квантовой физики. Спасибо за разьяснение понятия наблюдения. Может я препода плохо слушал, может он не уделил просто достаточного внимания данному вопросу, но я действительно думал все эти годы после тех уроков, что набоюдатель с помощью электронных микроскопов "смотрит" и это определяет поведение фотонов)))

Когда начал читать про суперпозицию электрона , на ум пришло что он может скакать на только в пространстве , но и измерениях , что подтвердилось

Дурацкий и нелогичный принцип суперпозиции - дескать если мы точно не знаем где находится частица, то можно считать что она находится везде. Бред сивой кобылы. Если мы знаем например, что некий автомобиль движется из Москвы в Питер со скоростью 80 км/ч, но не знаем когда он отправился и где сейчас находится, то мы смело можем сказать что автомобиль находится везде в промежутке от Москвы до Питера. Это же элементарная игра понятиями. Даже если мы не знаем где точно находится автомобиль, то от этого он физически не копирует себя во все точки пространства, как предпологает квантовая механика. Он находится в конкретном месте, в конкретное время. Один автомобиль. Также с частицей - если мы первоначально не знаем точно где частица и своими измерениями можем изменить положение частицы в пространстве, то это еще не значит что в момент до измерения ее положения она находилась везде. Как же бредова квантовая физика.

Структура материи: (эпизод 2) время революций в физике – физик Виталий Бейлин | Научпоп⁠ ⁠

Физика второй половины 19 века как пример поиска истины в разных направлениях, разными методами и подходами. Макс Планк и Людвиг Больцман. Необъяснимые явления, связанные с фотоэффектом, спектральной кривой для равновесного теплового излучения. Катодные лучи, интересные детали о физике свечения в вакуумных трубках. Революционные открытия в физике рубежа 19 и 20 веков. Обнаружение электрона Джозефом Томпсоном в 1897 году. Планетарная идея атома. Приближение к формулированию основных идей атомной физики. Эксперимент 1909 года Эрнеста Резерфорда, Ханса Гейгера и Эрнеста Марсдена. Открытие ядра атома. Модель атома Резерфорда, нарушающая все законы ортодоксальной физики того времени. Объяснение Нильса Бора и идеи, заложившие основу будущей квантовой механики. Рассказывает Виталий Бейлин, кандидат физико-математических наук, доцент кафедpы теоpетической и вычислительной физики Физического факультета ЮФУ, научный сотрудник отдела теоретической физики НИИ Физики ЮФУ.

Ответ на пост «Школа»⁠ ⁠

Вообще, физика классная штука. Я в ней, мягко говоря, слабоват, но иногда интересно почитать что-то, особенно из квантовой физики. Попалась мне с месяц назад тема про "квантовый ластик с отложенным выбором". Разумеется, гуглил я его с приставкой "простыми словами". Походу прочтения этого "простого языка" я, само собой, ещё раз 10 гуглил всякие там "когерентности" и "интерференции"(вроде и понятные слова, но контекст решает). И, худо-бедно, общий смысл уловил. А потом под этим материалом начался какой-то лютый бугурт сторонников этой штуки и, соответственно, тех, кто против. Те уже базар не фильтровали, говорили совсем не "простыми словами". Началась какая-то жуткая физико-матершинная писанина, которую мой гуманитарный мозг очень плохо переваривал. Но, вот что характерно - меня так зацепила сама эта история с "обратной причинностью", что, даже нихрена в этом споре уже не понимая, я болел за сторонников этого самого "ластика". И меня дико раздражали персонажи, которые с ними спорили. В какой-то момент поймал себя на мысли, что просто хочу в это верить. Религии,мифы, приметы и суеверия не для меня. А вот физика заставила меня захотеть поверить в чудо))P.S. про саму суть этого "ластика" не пишу осознанно, из опасений, что всё перевру. Лучше сами читайте, кому интересно.

Крик определенности!⁠ ⁠

Илон Маск дело говорит!⁠ ⁠

Есть коробка с носками:

Все мы в Матрице⁠ ⁠

Наблюдателя убери⁠ ⁠

Таймлайн: квантовый компьютер⁠ ⁠

Мнимые числа для описания реальности?⁠ ⁠

Новый мысленный эксперимент показывает, что квантовая механика не работает без странных чисел, которые становятся отрицательными при возведении в квадрат.

Много веков назад математики были обеспокоены, когда обнаружили, что вычисление свойств определенных кривых требует, казалось бы, невозможного: чисел, которые при умножении сами на себя становятся отрицательными.

Все числа на числовой прямой, возведенные в квадрат, дают положительное число; 22 = 4 и (-2)2 = 4. Математики начали называть эти знакомые числа «вещественными», а, казалось бы, невозможную разновидность чисел — «мнимыми».

Мнимые числа, помеченные единицами i (где, например, (2i)2 = -4), постепенно стали неотъемлемой частью абстрактной области математики. Однако для физиков вещественные числа были достаточными для количественной оценки реальности. Иногда так называемые комплексные числа с вещественной и мнимой частями, такие как 2+3i, упрощают вычисления. При этом показания ни одного прибора никогда не содержат i (мнимую единицу).

Однако физики, возможно, только что впервые показали, что мнимые числа в определенном смысле вещественны.

Группа теоретиков в области квантовой физики разработала эксперимент, результат которого зависит от того, есть ли у природы мнимая сторона. При условии, что квантовая механика верна — предположение, с которым мало кто поспорит, — аргумент команды по существу гарантирует, что комплексные числа являются неизбежной частью описания материальной вселенной.

«Эти комплексные числа обычно являются просто удобным инструментом, но здесь оказывается, что они действительно имеют какое-то материальное значение», — сказал Тамаш Вертези, физик из Института ядерных исследований Венгерской академии наук, который много лет назад утверждал обратное. «Мир таков, что ему действительно нужны эти комплексные числа», — сказал он.

В квантовой механике поведение частицы или группы частиц выражается волнообразным объектом, известным как волновая функция или ψ. Волновая функция прогнозирует вероятные результаты измерений, такие как вероятное положение или импульс электрона. Так называемое уравнение Шрёдингера описывает, как волновая функция изменяется во времени — и это уравнение включает i.

Физики никогда не знали, что с этим делать. Когда Эрвин Шрёдингер вывел уравнение, которое теперь носит его имя, он надеялся избавиться от i. «Что неприятно и против чего прямо следует возражать, так это против использования комплексных чисел, — писал он Хендрику Лоренцу в 1926 году, — Ψ, безусловно, является вещественной функцией».

Желание Шрёдингера, безусловно, было правдоподобным с математической точки зрения: любое свойство комплексных чисел может быть зафиксировано комбинациями вещественных чисел, а также новыми правилами, открывая математические возможности полностью вещественной версии квантовой механики.

Действительно, переход оказался достаточно простым, так что Шрёдингер почти сразу открыл то, что он считал «истинным волновым уравнением», которое «сторонилось» i. «Еще один камень с души упал», — написал он Максу Планку менее чем через неделю после своего письма Лоренцу. Все вышло именно так, как хотелось.

Но использование вещественных чисел для моделирования сложной квантовой механики неудобное и абстрактное занятие, и Шрёдингер признал, что его полностью вещественное уравнение слишком громоздко для повседневного использования. В течение года он описывал волновые функции как комплексные, в том виде, в каком их представляют сегодня физики.

«Любой, кто хочет выполнить работу, использует комплексное описание», — сказал Мэтью МакКейг, учёный в области информатики из Технологического университета Квинсленда в Австралии.

Однако формулировка квантовой механики с помощью вещественных чисел сохранилась как свидетельство того, что комплексная версия просто необязательна. Например, команды, включая Вертези и МакКейга, показали в 2008 и 2009 годах, что и без i они могут идеально предсказать результат известного эксперимента в квантовой физике, известного как тест Белла.

Новое исследование, которое было опубликовано на сервере научных препринтов arxiv.org в январе, обнаружило, что ранние предложения по тестам Белла просто недостаточно продвинулись, чтобы опровергнуть версию квантовой физики с вещественными числами. Это исследование предлагает более сложный эксперимент Белла, который, похоже, требует комплексных чисел.

Ранние исследования привели людей к выводу, что «в квантовой теории комплексные числа лишь удобны, но не необходимы», — писали авторы, в число которых входят Марк-Оливье Рену из Института фотонных наук в Испании и Николя Жизен из Женевского университета. «Мы доказываем ошибочность этого вывода».

Группа отказалась публично обсуждать свою работу, поскольку он все еще находится на экспертной оценке.

Тест Белла показывает, что пары удаленных друг от друга частиц могут обмениваться информацией в едином «запутанном» состоянии. Если бы монета 25 центов в штате Мэн могла «запутаться», например, с такой же монетой в Орегоне, то повторяющиеся подбрасывания показали бы, что всякий раз, когда одна монета падает орлом, ее дальний партнер, как ни странно, выпадет решкой. Точно так же в стандартном эксперименте теста Белла запутанные частицы отправляются двум физикам с вымышленными именами Алиса и Боб. Они измеряют частицы и, сравнивая измерения, обнаруживают, что результаты коррелированы таким образом, что это не поддаётся объяснению, разве что частицы обмениваются информацией.

Модернизированный эксперимент добавляет второй источник пар частиц. Одна пара достается Алисе и Бобу. Вторая пара, «родом» из другого места, отправляется Бобу и третьему лицу, Чарли. В квантовой механике с комплексными числами частицы, которые получают Алиса и Чарли, не обязательно должны быть запутаны друг с другом.

Однако никакое описание в виде вещественных чисел не может воспроизвести модель корреляций, которую будут измерять три физика. В новой статье показано, что рассмотрение системы как вещественной требует введения дополнительной информации, которая обычно находится в мнимой части волновой функции. Частицы Алисы, Боба и Чарли должны разделять эту информацию, чтобы воспроизводить те же корреляции, что и в стандартной квантовой механике. И единственный путь приспособиться к этому разделению — это перепутать все их частицы друг с другом.

В предыдущих воплощениях теста Белла электроны Алисы и Боба поступали из одного источника, поэтому дополнительная информация, которую они должны были нести в описании вещественных чисел, не представляла проблемы. Но в тесте Белла с двумя источниками, где частицы Алисы и Чарли происходят из независимых источников, фиктивная трехсторонняя запутанность не имеет физического смысла.

Даже без привлечения Алисы, Боба и Чарли для фактического проведения эксперимента, который представляет новая статья, большинство исследователей крайне уверены, что стандартная квантовая механика верна и, следовательно, эксперимент найдет ожидаемые корреляции. Если это так, то одни только вещественные числа не могут полностью описать природу.

«В статье устанавливается, что существуют истинные комплексные квантовые системы», — сказал Вальтер Моретти, физик-математик из Университета Тренто в Италии. Этот результат стал для него совершенно неожиданным.

Тем не менее велика вероятность того, что когда-нибудь эксперимент состоится. Это будет непросто, но технических препятствий нет. И глубокое понимание поведения усложняющихся квантовых сетей будет становиться все более актуальным, поскольку исследователи продолжают связывать многочисленные Алисы, Бобы и Чарли через возникающие квантовые сети.

«Поэтому мы верим, что опровержение вещественной квантовой физики произойдет в ближайшем будущем», — пишут авторы.

Автор оригинала: Charlie Wood

Что скрывают протоны?⁠ ⁠

Очень редко упоминается тот факт, что протоны — позитивно заряженные частицы в центре атома — являются отчасти антивеществом.

В школе нам говорили, что протон представляет собой группу из трех элементарных частиц под названием кварки — два u-кварка (верхних) и один d-кварк (нижний), чьи электрические заряды +2/3 и -1/3 соответственно в сумме дают протону заряд +1. Но за этой элементарной картиной скрывается гораздо более странная и еще неразгаданная история.

Издалека кажется, что протон состоит из трех частиц под названием кварки. Но если приглядеться получше, можно увидеть множество появляющихся и исчезающих частиц.

На самом деле, внутри протона вращается вихрь из меняющегося количества шести типов кварков, их противоположно заряженных аналогов из антивещества (антикварков) и глюонов, элементарных безмассовых частиц, которые связывают вместе другие частицы, трансформируются в них и быстро множатся. Каким-то образом этот бурлящий вихрь оказывается совершенно стабильным и на первый взгляд простым, имитируя по определенным аспектам трио кварков. «То, как это все функционирует, честно говоря, похоже на чудо», — отметил Дональд Гисаман, физик-ядерщик из Аргоннской национальной лаборатории в Иллинойсе.

Тридцать лет назад исследователи обнаружили поразительное свойство этого «протонного моря». Теоретики ожидали, что различные типы антивещества в нем будут распределены равномерно, но было похоже, что количество нижних антикварков значительно превышало количество верхних антикварков. Затем десять лет спустя другая группа исследователей заметила намеки на неподдающиеся объяснению вариации в соотношении верхних и нижних антикварков. Но эти результаты были на грани чувствительности эксперимента.

Итак, 20 лет назад Дональд Гисаман и его коллега Пол Раймер начали работать над новым экспериментом, чтобы получше разобраться в этом вопросе. Эксперимент, получивший название SeaQuest («Морской квест»), наконец завершился, и исследователи опубликовали его результаты в журнале Nature. Они измерили внутреннее антивещество протона тщательнее, чем когда бы то ни было, и обнаружили, что на каждый верхний антикварк в среднем приходится 1,4 нижних антикварка.

Самуэль Веласко / Quanta Magazine

Эти данные непосредственно говорят в пользу двух теоретических моделей протонного моря. «Появилось первое реальное доказательство, подтверждающее эти модели», — сказал Раймер.

Одна из них — модель «пионного облака» — это популярный подход, существующий уже несколько десятилетий, который делает упор на тенденцию протона испускать и реабсорбировать частицы под названием пионы, которые принадлежат к группе частиц, известных как мезоны. Вторая, так называемая статистическая модель, рассматривает протон как контейнер, наполненный газом.

Дальнейшие запланированные эксперименты помогут исследователям выбрать одну из этих двух моделей. Но какая бы из них ни была верной, массив данных эксперимента SeaQuest о внутреннем антивеществе протона принесет непосредственную пользу, особенно физикам, которые сталкивают протоны на околосветовых скоростях на Большом адронном коллайдере. Обладая точной информацией о составе сталкиваемых объектов, они смогут более эффективно разбирать продукты, оставшиеся после столкновения, в поисках доказательств существования новых частиц или эффектов. Хуан Рохо из Амстердамского свободного университета, который оказывает помощь в анализе данных БАК, считает, что результаты эксперимента SeaQuest могут иметь большое влияние на поиски новой физики, которые в настоящее время «ограничены нашими знаниями о структуре протона, в частности о его антивеществе».

Третий не лишний

В течение короткого периода времени около полувека назад физики полагали, что разобрались с протоном.

В 1964 году Мюррей Гелл-Манн и Джордж Цвейг независимо друг от друга предложили модель, получившую впоследствии название кварковая: идея заключалась в том, что протоны, нейтроны и связанные с ними более редкие частицы представляют собой пучки из трех кварков (как их назвал Гелл-Манн), а пионы и другие мезоны состоят из одного кварка и одного антикварка. Такая схема объясняла какофонию частиц, разлетающихся из ускорителей частиц высокой энергии, поскольку спектр их зарядов мог быть построен из двух- и трехчастных комбинаций. Затем, примерно в 1970 году, исследователи, работающие на Стэнфордском линейном ускорителе (SLAC), казалось, подтвердили кварковую модель: выстрелив высокоскоростными электронами в протоны, они увидели, как электроны отрикошетили от объектов внутри.

Но вскоре картина стала менее ясной. «По мере того, как мы все тщательнее пытались измерить свойства этих трех кварков, мы обнаружили, что происходит что-то еще», — сказал Чак Браун, 80-летний член команды SeaQuest из Национальной ускорительной лаборатории им. Энрико Ферми (Фермилаб), работающий над кварковыми экспериментами с 1970-х годов.

Изучение импульса трех кварков показало, что их массы составляют малую часть общей массы протона. Кроме того, когда исследователи на SLAC стреляли электронами на большей скорости в протоны, они увидели, что электроны отталкивают больше частиц внутри. Чем быстрее электроны, тем короче их длина волны, что сделало их чувствительными к более мелким элементам протона; это похоже на увеличение разрешения микроскопа. Открывались все новые и новые внутренние частицы, которым, казалось, нет конца. «Мы не знаем, где предел и какое самое высокое разрешение возможно получить», — сказал Гисаман.

Результаты стали иметь больше смысла, когда физики разработали истинную теорию, к которой кварковая модель лишь приближается: квантовая хромодинамика или КХД. КХД, сформулированная в 1973 году, описывает «сильное взаимодействие», самую большую силу в природе, с помощью которой частицы под названием глюоны связывают пучки кварков.

КХД предсказывает тот самый вихрь, который был выявлен в экспериментах по рассеянию. Сложности возникают из-за того, что глюоны ощущают ту самую силу, которую они несут. Этим они отличаются от фотонов, несущих более простую электромагнитную силу. Это «самоуправство» создает беспорядок внутри протона, давая глюонам полную свободу действий для возникновения, размножения и расщепления на кратковременные пары кварков и антикварков. Уравновешивая друг друга, эти близко расположенные противоположно заряженные кварки и антикварки издалека остаются незамеченными. Только три несбалансированных «валентных» кварка — два верхних и нижний — составляют общий заряд протона. Но физики поняли, что стреляя электронами на большей скорости, они поражали меньшие цели.

Однако странности на этом не закончились.

Из-за самоуправства глюонов уравнения КХД невозможно решить, поэтому у физиков не получалось и до сих пор не получается рассчитать точные прогнозы теории. Но у них не было оснований предполагать, что глюоны будут расщепляться на один тип пары кварк-антикварк (а именно нижний) чаще, чем на другой. «Мы ожидали, что будет появляться равное количество тех и других пар», — сказала Мэри Альберг, теоретик-ядерщик из Сиэтлского университета, объясняя свои доводы того времени.

Мэри Альберг, физик-ядерщик из Сиэтлского университета, и ее соавторы давно утверждают, что пион играет важную роль в формировании сущности протона.

Фото предоставлено Сиэтлским университетом

Вот почему исследователей из New Muon Collaboration в Женеве так шокировали результаты эксперимента по рассеянию мюонов. В 1991г. они столкнули мюоны (более тяжелые родственники электронов) с протонами и дейтронами, состоящими из одного протона и одного нейтрона, сравнили результаты и пришли к выводу, что в протонном море больше нижних антикварков, чем верхних.

Части протона

Вскоре теоретики предложили несколько возможных вариантов объяснения асимметрии протона.

Один из них связан с пионом. С 1940-х годов физики наблюдали, как протоны и нейтроны обмениваются пионами внутри атомных ядер, как игроки в команде, бросающие друг другу баскетбольные мячи, что помогает им держаться вместе. Размышляя над структурой протона, исследователи пришли к выводу, что он также может подбрасывать баскетбольный мяч себе, то есть может ненадолго испускать положительно заряженный пион, превращаясь на это время в нейтрон, и затем реабсорбировать его. «Если во время эксперимента вы думаете, что смотрите на протон, это не так, потому что на какое-то время этот протон будет переходить в состояние пары нейтрон-пион», — сказала Альберг.

Если говорить точнее, протон превращается в нейтрон и пион, состоящий из одного верхнего кварка и одного нижнего антикварка. Поскольку этот призрачный пион имеет нижний антикварк (пион с верхним антикварком не может так легко материализоваться), такие теоретики, как Альберг, Джеральд Миллер и Тони Томас, утверждали, что модель пионного облака объясняет большее количество нижних антикварков протона, выявленное в результате измерений.

Самуэль Веласко / Quanta Magazine

Появились и другие аргументы. Клод Буррели и его коллеги из Франции разработали статистическую модель, которая рассматривает внутренние частицы протона как молекулы газа в комнате, хаотично двигающиеся на разных скоростях, которые зависят от того, целым или полуцелым количеством момента импульса обладает частица. При настройке с учетом данных многочисленных экспериментов по рассеянию модель предположила преобладание антикварков.

Прогнозы двух вышеупомянутых моделей не были идентичными. Большую часть общей массы протона составляют энергии отдельных частиц, которые прорываются в протонное море и из него, и эти частицы несут различные энергии. Модели по-разному спрогнозировали, как должно измениться соотношение верхних и нижних антикварков по мере подсчета антикварков, несущих больше энергии. Физики измеряют связанную с этим величину под названием доля импульса антикварка.

Когда исследователи в Фермилабе в 1999 году в рамках эксперимента NuSea измерили соотношение верхних и нижних антикварков в качестве функции импульса антикварка, результат их работы просто воодушевил всех, вспоминает Альберг. Эти данные свидетельствуют о том, что среди антикварков с большим импульсом (настолько большим, что они находились на грани диапазона обнаружения прибора) внезапно оказалось больше верхних антикварков, чем нижних. «Каждый теоретик говорил: 'Погодите-ка', — сказала Альберг, — Почему кривая развернулась, когда эти антикварки получили большую долю импульса?»

Пока теоретики ломали голову над этим вопросом, Гисаман и Раймер, которые работали над экспериментом NuSea и знали, что данным на грани иногда не стоит доверять, решили построить эксперимент, где можно было бы в комфортных условиях исследовать более широкий диапазон импульсов антикварка. Они назвали его SeaQuest.

Из того, что было

С кучей вопросов о протоне, но без денег, они начали собирать эксперимент из использованных деталей. «Нашим девизом было: снижай количество отходов, используй повторно, перерабатывай», — сказал Раймер.

Они приобрели несколько старых сцинтилляторов в лаборатории в Гамбурге, оставшиеся детекторы частиц в Лос-Аламосской национальной лаборатории и железные пластины, блокирующие радиацию, которые изначально были использованы в циклотроне Колумбийского университета в 1950-х годах. У них получилось применить магнит размером с комнату, использованный в эксперименте NuSea, и провести свой новый эксперимент на ускорителе протонов в Фермилабе. Получившийся из этих деталей «Франкенштейн» тем не менее был не лишен своего очарования. По словам Брауна, который помог найти все части, звуковой индикатор, сигнализирующий, что протоны поступают в устройство, был сделан 50 лет назад: «Когда он издает звуковой сигнал, становится тепло на душе».

Физик-ядерщик Пол Раймер (сверху) с устройством для эксперимента SeaQuest

Эксперимент в Фермилабе, собранный в основном из использованных деталей

И наконец они его запустили. В эксперименте протоны поражают две цели: пузырек с водородом, который по сути представляет собой протоны, и пузырек с дейтерием, ядро которого состоит из одного протона и одного нейтрона.

При попадании в любую из двух целей, один из валентных кварков протона иногда аннигилирует с одним из антикварков протона или нейтрона мишени. «Аннигиляция имеет уникальную сигнатуру и производит мюон и антимюон», — сказал Раймер. Эти частицы вместе с другим «мусором», образовавшимся в результате столкновения, затем врезаются в старые железные пластины. «Мюоны могут проходить сквозь них, а все остальные частицы блокируются», — сказал он. Обнаружив мюоны на обратной стороне пластин и восстановив их исходные траектории и скорости, «вы можете восстановить хронологию событий, чтобы выяснить, какую долю импульса несут антикварки».

Поскольку протоны и нейтроны зеркально отражают друг друга, там, где у одного расположены частицы верхнего типа, у другого — нижнего типа, и наоборот. Сравнив данные из двух пузырьков, можно сразу увидеть соотношение верхних антикварков и нижних антикварков в протоне, но этому, конечно, предшествовало 20 лет работы.

В 2019 году Альберг и Миллер на основе модели пионного облака рассчитали, к каким результатам должен прийти эксперимент SeaQuest. Их прогноз вполне совпадает с новыми данными SeaQuest.

Новые данные, которые показывают постепенное повышение, а затем выход на плато в соотношении между нижними и верхними антикварками, а не внезапную реверсию, также совпадают с результатами более гибкой статистической модели, разработанной Буррели и его коллегами. И все же Миллер называет эту конкурирующую модель «описательной, а не прогнозирующей», поскольку она настроена, чтобы соответствовать данным, а не выявлять физический механизм, объясняющий преобладание антикварков. «А в наших расчетах я горжусь как раз тем, что они представляют собой истинный прогноз», — сказала Альберг. «Мы не настраивали никакие параметры заранее».

В электронном письме Буррели утверждал, что «статистическая модель более мощная, чем модель Альберга и Миллера», поскольку она учитывает эксперименты по рассеянию как с поляризованными, так и не поляризованными частицами. Миллер категорически не согласился, отметив, что модель пионных облаков объясняет не только состав антивещества протона, но и магнитные моменты различных частиц, распределение зарядов и время распада, а также «связывание и, следовательно, существование всех ядер». Он добавил, что пионный механизм «важен в широком смысле для таких вопросов, как: «Почему существуют ядра? Почему существуем мы?».

В конечном стремлении понять протон решающим фактором может быть спин или собственный момент импульса. Эксперимент по рассеянию мюонов в конце 1980-х показал, что спины трех валентных кварков протона составляют не более 30% от общего спина протона. «Кризис протонного спина» можно выразить следующим вопросом: «что же составляет остальные 70%?» И как снова сказал опытный исследователь Чак Браун, старожил Фермилаб, «должно быть, что-то еще».

Экспериментаторы будут исследовать спин протонного моря в Фермилабе и, затем, в проектируемом электронно-ионном коллайдере Брукхейвенской национальной лаборатории. Альберг и Миллер уже работают над расчетами полного «мезонного облака», окружающего протоны, которое, помимо пионов, включает более редкие «ро-мезоны» (rho mesons). В отличие от пионов, ро-мезоны обладают спином, поэтому они каким-то образом должны влиять на общий спин протона, что Альберг и Миллер и надеются определить.

По словам Брауна, эксперимент Фермилаб SpinQuest, в котором участвуют многие исследователи из SeaQuest и используются детали этого эксперимента, почти готов к работе. «Если повезет, мы получим данные этой весной; это будет зависеть, по крайней мере, частично, от прогресса в разработке вакцины против вируса. Забавно, что решение столь глубокого и непонятного вопроса о внутреннем строении ядра, зависит от ситуации с вирусом COVID в стране. Все в мире взаимосвязано, не так ли?».