Forscher der Yale University und der University of Auckland konnten Quantensprünge von Elektronen in einem dreistufigen System registrieren und verhindern. Die Ergebnisse des Experiments wurden in der Zeitschrift Nature veröffentlicht.
„Quantensprünge eines Elektrons ähneln einem Vulkanausbruch. Wir haben jedoch gelernt, eine Katastrophe zu verfolgen und zu verhindern “, sagte der Hauptautor des Artikels, Zlatko Minev, Mitarbeiter der Yale University.
Das Bohr-Modell des Atoms, das 1913 geboren wurde, besagt, dass sich Elektronen in bestimmten stationären Zuständen - in Orbitalen - um den Atomkern befinden. Ein bestimmtes Elektron kann von einem Zustand in einen anderen übergehen, aber ein Quantenübergang erfolgt sofort und mit einer Änderung der Energie des Systems. Wenn Sie also zu einem höheren energetisch höheren Orbital springen, wird Energie absorbiert und zu einem niedrigeren emittiert. Wissenschaftler waren lange Zeit zuversichtlich, dass sich Quantensprünge von allmählichen klassischen Übergängen unterscheiden, wenn keine Flugbahn zwischen zwei Zuständen vorliegt.
Um dieses Phänomen besser zu verstehen, wurde ein Gedankenexperiment namens "Schrödingers Katze" eingeführt. Eine bestimmte Katze ist in einer Kammer mit einer Maschine eingeschlossen, die durch den Zerfall eines radioaktiven Atoms ausgelöst wird. Ein Atom kann mit gleicher Wahrscheinlichkeit zerfallen oder nicht. Wenn jedoch ein Zerfall auftritt, wirft das Gerät Blausäuredämpfe in die Kammer, wodurch die Katze getötet wird. Bis jemand in die Kiste schaut, ist die Katze eine Überlagerung (Kombination) der Zustände "lebendig" und "tot". Nach dieser Ansicht ist der Quantensprung unter dem Blick eines Beobachters diskret.
In den 1980er Jahren entstand die wissenschaftliche Theorie der Quantenbahnen. Ihr zufolge entwickelt sich der Zustand des Systems während des Sprunges kontinuierlich und dem Sprung geht immer eine Latenzzeit voraus, in der er vorhergesagt und verhindert werden kann.
Die letzte hypothetische Eigenschaft des Systems wurde von Physikern für ein dreistufiges System eines supraleitenden künstlichen Atoms (Qubit) mit einer V-förmigen Struktur von Energieniveaus verwendet, das auf eine Temperatur von absolut Null (-273 ° C) abgekühlt wurde. Der Übergang eines Elektrons vom Grundzustand in einen angeregten Zustand wurde von den Wissenschaftlern durch Beobachtung der Änderung der Resonanzfrequenz des angeschlossenen Schwingkreises aufgezeichnet. Die Resonanzfrequenz fiel stark ab, als das Atom in einen Hilfszwischenzustand sprang. Der Moment des Übergangs in einen angeregten Zustand wurde aufgezeichnet, indem die Entwicklung des Systems eingefroren und der Zustand mittels Tomographie gemessen wurde. Schließlich wurde der Übergang verhindert, indem das Fehlen detektierender Photonen registriert wurde, die jedes Mal dem Quantensprung in einen angeregten Zustand vorausgingen.
Die Forscher zeigten, dass sich der Zustand des Atoms in der Zwischenzeit kontinuierlich änderte: Die Entwicklung jedes abgeschlossenen Sprungs war kontinuierlich, sequentiell und deterministisch. Das Experiment stimmt mit den Vorhersagen der Theorie der Quantenbahnen überein.