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Physique
L’effet zenon quantique
La physique quantique ne se lasse pas de nous intriguer. Temoin, cet effet curieux mis en evidence dernierement par une equipe americaine et nomme « effet Zenon quantique » pour son air famille avec le celebre paradoxe de Zenon de la philosophie grecque.
L’effet Zeon , predit depuit plusieur annees deja, est la fait qu’une transition spontanee entre deux etats quantiques d’un systeme (par exemple la desintegration d’un noyau radioactif) peut etre inhibee si l’on effectue des mesures suffisamment frequentes de l’etat quantique. Prenons l’exemple de la desintegration du noyau. Des sa formation, l’etat du noyau est decrit par une fonction d’onde qui est une superposition coherente des deux etats que sont l’etat initial et « l’etat desintegre ». plus le temps passe et plus le poids de « l’etat desintegre » est important dans cette superposition, et donc plus la probabilite de desintegration augment. Mais si l’on effectue une mesure et que l’on trouve le noyau intact, la mecanique quantique nous dit que la fonctiond’onde se « retracte », se reduit a celle decrivant l’etat initial. L’acte meme de mesure modifie l’evolution du systeme. En l’absence de mesure, la probabilite de desintegration augmente avec le temps. Pour des durees courtes, elle est proportionnelle au temps. Un calcul simple montre alors que la probabilirte pour que le noyau soit reste dans son etat initial decroit exponentiellement. En revanche, pour des temps tres courts (par rapport a une duree caracteristique du systeme) la probabilite de desintegration st proportionnelle au carre du temps. On montre alors que si, pendant une duree fixe, l’on effectue N mesure de l’etat du noyau, la probabilite pour le noyau de demeurer dans son etat initial tend vers 1 lorsque N tend vers l’infini. Autrement dit, si l’on observe continuellement le noyau, il ne se desintegrera pas !
C’est a peu pres ce qu’ont verifie experimentalement Itano et ses collegues. Non pas sur des noyaux radioactifs, car les temps caracteristiques sont beaucoup trop courts pour etre atteints, mais sur des ions de beryllium subissant des transitions entre les deux niveaux hyperfins de leur etat fondamental. La transition etait induite par un champ de radiofrequence d’une duree de 256 millisecondes, choisi de facon a exciter tous les ions vers le niveau superieur au bout de ce temps. En mesurant entre 1 et 64 fois, pendant cette duree, la population du niveau inferieur, les chercheurs ont bien constate que plus les mesures etaient frequentes et rapprochees, plus la population dans le niveau inferieur etait mportante ; les mesures inhibaient donc la transition vers le niveau suerieur. Une nouvelle fois, c’est le role bien particulier de la mesure en physique quantique qui est mis en exergue dans ce phenomene.

Jismoniy
Kvant zenon effekti

Kvant fizikasi bizni qiziqtirishdan charchamaydi. Biroq, bu qiziq ta'sir yaqinda Amerika jamoasi tomonidan tasdiqlangan va yunon falsafasining mashhur Zenon paradoksi bilan oilaviy havosi uchun "kvant Zenon effekti" deb nomlangan.
Bir necha yillar davomida bashorat qilingan Zeon effekti, agar kvant holatini etarlicha tez-tez o'lchash amalga oshirilsa, tizimning ikkita kvant holati o'rtasida o'z-o'zidan o'tishni (masalan, radioaktiv yadroning parchalanishini) inhibe qilish mumkin. Yadroning parchalanishiga misol keltiraylik. Uning shakllanishidan yadro holati to'lqin funktsiyasi bilan tavsiflanadi, bu dastlabki holat va "integral holat"bo'lgan ikki holatning izchil superpozitsiyasi. bu superpozitsiyada ko'proq vaqt o'tadi va "integral holat" ning og'irligi qanchalik muhim bo'lsa, shuning uchun integratsiya ehtimoli shunchalik ortadi. Ammo agar biz o'lchov qilsak va buzilmagan yadroni topsak, kvant mexanikasi bizga to'lqin funktsiyasi "orqaga tortilishini" aytadi, dastlabki holatni tavsiflovchi darajaga kamayadi. O'lchov harakati tizimning evolyutsiyasini o'zgartiradi. O'lchov bo'lmasa, vaqt o'tishi bilan parchalanish ehtimoli ortadi. Qisqa muddatlar uchun bu vaqtga mutanosibdir. Keyin oddiy hisoblash shuni ko'rsatadiki, yadroning dastlabki holatida qolish ehtimoli eksponent ravishda kamayadi. Boshqa tomondan, juda qisqa vaqt ichida (tizimning xarakterli davomiyligi bilan taqqoslaganda) integratsiya ehtimoli vaqt kvadratiga mutanosibdir. Keyin shuni ko'rsatadiki, agar belgilangan davr uchun, n yadro holatini o'lchash amalga oshiriladi, yadroning dastlabki holatida qolish ehtimoli qachon 1 ga intiladi N cheksizlikka intiladi. Boshqacha qilib aytganda, agar biz yadroni doimiy ravishda kuzatsak, u parchalanmaydi!
Bu Itano va uning hamkasblari eksperimental ravishda tasdiqlagan narsadir. Radioaktiv yadrolarda emas, chunki xarakterli vaqtlarga erishish uchun juda qisqa, ammo ularning asosiy holatining ikkita giperfin darajasi o'rtasida o'tadigan berilyum ionlarida. O'tish a tomonidan qo'zg'atildi radiochastota maydoni davomiyligi bilan 256 millisekundlar, shu vaqt oxirida barcha ionlarni yuqori darajaga ko'tarish uchun tanlangan. 1 va 64 marta o'rtasida o'lchash orqali, bu davrda, quyi darajadagi aholi, tadqiqotchilar tez-tez va yaqinroq o'lchovlari edi, deb topildi, yana quyi darajada aholi muhim edi; o'lchovlari shuning uchun keyingi bosqichga o'tishni cheklangan. Yana bir bor, bu hodisada kvant fizikasida o'lchashning o'ziga xos roli ta'kidlangan.