Částice, které se urychlují “samy od sebe”
Podle klasické newtonovské fyziky se žádná částice nemůže pohybovat se zrychlením, aniž na ni působí vnější síla. Tým amerických a izraelských fyziků však po teoretické stránce detailně analyzoval chování elektronů na kvantové úrovni a zjistil, že v některých speciálních případech může nastat paradox “sebeurychlující se” částice.
Kvantová fyzika nám už ve světě elementárních částic nachystala nejedno překvapení. Existují zde jevy, které se vymykají z mezí klasické fyziky nebo leží mimo oblast naší přirozené intuice. V roce 2007 se například povedlo fyzikům připravit tak speciální podmínky experimentu, že se světlo pohybovalo prázdným prostorem nikoliv po přímce, ale po zakřivené dráze.
Nyní fyzikové z Massachusettského technologického institutu (MIT) společně z kolegy z Izraelského technologického institutu (Technion) zjistili, že pokud speciálním způsobem upraví vlnovou funkci elektronu (jeho kvantový stav s rozdělením pravděpodobnosti), elementární částice se po “zadání” těchto počátečních podmínek začne sama zrychlovat až na rychlost někdy blízkou rychlosti světla. Stejný princip lze pak kupodivu uplatnit i k prodloužení doby života některých nestabilních izotopů. Fyzikové dospěli k těmto zvláštním závěrům po analýze Diracovy rovnice, což je analogie základní pohybové Schrödingerovy rovnice pro kvantové elektrony v rámci speciální teorie relativity.
Kýžená manipulace s vlnovou funkcí elektronu může být provedena pomocí speciální fázové masky, podobné, jaké se používají při tvorbě hologramů, avšak asi tisíckrát jemnější. Specifická manipulace s počátečním stavem vlnové funkce se tedy odrazí v chování elektronu tak, jak kdyby dostal určitou “energii do zásoby”, a to se pak projeví v jeho urychlování. To je navíc nerozlišitelné od normálního urychlování elektronu ve vnějším elektromagnetickém poli. Ve skutečnosti se však zde nejedná o porušení základních zákonů zachování hybnosti a energie, protože hlavní část pravděpodobnosti polohy částice se naopak pohybuje v opačném směru. Příslušný “vlnový balík” elektronu tedy nejen zrychluje, ale navíc i expanduje. Celková hybnost elektronu se přitom zachovává.
Ve skutečnosti jsou tyto paradoxy spojeny s aplikací speciální teorie relativity (a jejích projevů jako jsou dilatace času a kontrakce délek) v kvantovém světě. Mechanismus nese název Aharonov-Bohmův jev.
Zdroje: Phys.Org, Nature Physics, MIT News
Nejposlouchanější
Více z pořadu
E-shop Českého rozhlasu
Přijměte pozvání na úsměvný doušek moudré člověčiny.
František Novotný, moderátor
Setkání s Karlem Čapkem
Literární fikce, pokus přiblížit literární nadsázkou spisovatele, filozofa, ale hlavně člověka Karla Čapka trochu jinou formou.
