Отчет по летней практике в НИЯУ МИФИ

Отчет по летней практике в НИЯУ МИФИ

ученика 10 “Г” класса ГБОУ Лицея №1547

Фомина Данилы

по темам

“Квантовая запутанность и телепортация”

и

“Перенормировка заряда электрона”

2015 г.

Квантовая запутанность и телепортация

При рассмотрении явления квантовой запутанности стоит начать с принципа неопределенности и спора Альберта Эйнштейна и Нильса Бора.

Математически принцип неопределенности записывается в виде неравенства . Он подразумевает, что невозможно одновременно измерить импульс и координату частицы.

В конце тридцатых годов двадцатого века разгорелся спор между Бором и Эйнштейном на тему принципа неопределенности.

Эйнштейн был против этой гипотезы. Он предлагал, при рождении двух частиц (будем называть их 1 и 2), измерять координату частицы 1 и импульс частицы 2 (которую мы еще не измеряли), а после рассчитывать импульс частицы 1 из закона сохранения импульса (квантовой механики).

Бор утверждал, что при измерении координаты или импульса частицы 1 импульс и координата частицы 2 неминуемо изменится, и мы не сможем измерить импульс и координату одновременно.

С точки зрения механики, Эйнштейн абсолютно прав, а Бор утверждает абсолютную ересь, однако в квантовой механике частицы одного происхождения связаны друг с другом. Позже Эрвин Шредингер назвал это явление “запутанностью” (entanglement).

Оно заключается в том, что одна из запутанных частиц “знает”, что происходит с другой, и ее характеристики изменяются. Например, если у нас есть два фотона в запутанном состоянии, и на один из них мы повлияли таким образом, что его спин изменил спиральность на положительную, спин второго в тот же момент, вне зависимости от расстояния, сменит свою спиральность на отрицательную.

Данное явление противоречит наличию максимальной скорости передачи взаимодействия равной скорости света, и его природа еще неизвестна.

Однако если научиться контролировать процесс запутывания и изменения характеристик одной из запутанных частиц, можно применять это в системах связи, тогда получится достигнуть сверхсветовой скорости передачи и полного отсутствия потери и искажения данных при передаче (т.к. передачи фактически не было). (Кстати, в компьютерной игре Mass Effect 2 сверхсветовое переговорное устройство “Нормандии 2” использует этот принцип.)

Явление квантовой запутанности является основой явления, так называемой, квантовой телепортации. Хотя этому явлению больше подходит термин “копирование”, нежели “телепортация” (в названии подразумевается телепортация информации, а не материи или энергии). Однако, перейдём сразу к сути.

Представим 3 частицы в не запутанном состоянии (назовем их 1, 2 и 3). Допустим, мы запутали частицу 2 с частицей 1и частицу 3 с частицей 1. Тогда, при изменении характеристик частицы 2 будут изменяться характеристики частицы 1, а частица 3 изменит характеристики, так как частица 1 сменила свои, причем характеристики частицы 3 станут полностью идентичны таковым у частицы 2. Таким образом, мы получаем две мгновенно копирующие друг друга частицы в разных точках пространства.

Перенормировка заряда электрона

Каков заряд электрона? (–1,602176565(35))·10⁻¹⁹ Кл?

Для того чтобы понять, как что такое перенормировка заряда, следует понимать, что мы подразумеваем под зарядом частицы и как мы его измеряем. Заряд частицы это некий показатель ее взаимодействия с электромагнитным полем другой частицы. Мы способны измерить заряд частицы (показатель взаимодействия с полем), поместив ее в электрическое поле известного нам заряда и измерив действующего на него силу Кулона, а после, решив уравнение закона Кулона . То есть мы не можем напрямую измерить заряд частицы.

Далее следует понимать, что такое физический вакуум. Под физическим вакуумом понимается первоначальное состояние вселенной, то есть пространство, в котором отсутствует вещество, заполненное полем.

Согласно принципу неопределенности квантовой теории поля, который имеет вид , энергия может спонтанно появляться, причем чем больше энергия появилась, тем меньший промежуток времени она просуществует.

Эта энергия, в свою очередь рождает пару частица-античастица на крошечный промежуток времени. Они называются виртуальными частицами. Таким образом, в физическом вакууме постоянно рождаются и аннигилируют виртуальные частицы. Такие же частицы способны рождаться в сильном поле.

Также следует понимать принцип действия диэлектрика. Диэлектрик состоит из диполей, которые во внешнем электрическом поле разворачиваются таким образом, что создают свое электрическое поле, которое по принципу суперпозиции складывается с внешним полем и уменьшает силу его воздействия.

Итак, вокруг электрона (близко к нему) находится физический вакуум и сильное электрическое поле. В этом поле постоянно рождаются пары виртуальных частиц электрон-позитрон, которые, представляя из себя некое подобие диполя, экранируют электрическое поле электрона. Таким образом, при приближении к электрону его поле становится колоссальным, а собственный заряд электрона равен минус бесконечности.

Кстати, подобный эффект характерен не только для заряда, например, для массы частиц тоже свойственна перенормировка, однако при этом рождаются пары хиггс-бозон – анти-хиггс-бозон. То есть масса каждой частицы так же бесконечна.

Я в общих чертах передал суть всего нескольких из множества эффектов, которые мы рассматривали во время летней практики в НИЯУ МИФИ (в моем случае, посвященной Космологии и квантовой теории поля.)

Мое мировоззрение кардинально перевернулось, и моя жизнь уже никогда не станет прежней.

Дата добавления: 2015-08-29