第一次测量的旋转旋转耦合量子效应 - 30年前预测

时间：2021-09-17 09:52:15 来源：

就像跳转和越过旋转木马：中子从非旋转框架转换成旋转框架的中子？30年前，科学家预测这将导致有趣的干扰效应，因为中子旋转显示出一种特殊的惯性。现在，这已经在实验中验证。

它是30年前预测的，现在局部由Tu Wien（维也纳）的科学家首次衡量了效果：中子旋转表现出惯性效果。

让我们假设我们在草地上跳舞，迅速旋转我们自己的轴。在某些时候，我们跳上旋转旋转木马。当两个旋转加起来并转移角动量时，我们可能会伤害自己。量子机械系统也存在类似的现象吗？

经过多年的准备，Tu Wien的团队设法进行实验，其中中子的旋转穿过具有旋转磁场的区域。必须开发出一种特殊的线圈以产生这种旋转磁场。尽管中子旋转不携带任何质量并且只能机械地描述量子，但它表现出惯性性质。这些结果现已发表在“自然伙伴汇报量子信息”中。

旋转惯性：大轮子继续转弯

“惯性是一项无处不在的特征，”涂维恩的原子和亚古理物理研究所的Stephan Sponar说明了。“当我们坐在火车上以不断速度移动的火车时，我们无法判断与停放在车站的火车的区别。只有在改变参考框架时，例如，跳下火车时，我们被减速。由于大众惯性，我们感到势力。“

当考虑旋转时，事物类似：只要没有施加外部扭矩，旋转物体的角动量是节省的。但是在考虑量子粒子时，事情变得更加复杂：“像中子或电子一样的颗粒特征是一种特殊的角动量 - 旋转”，新出版论文的主要作者Armin Danner说。

旋转是基本颗粒的内在轨道角动量。围绕其轴线旋转的行星旋转存在相似之处，但在许多方面，这种比较不保持：旋转是点状颗粒的性质。通过古典的心态，它们无法绕任何轴旋转。“旋转可以被视为被限制在一点的物体的角动量，”阿林丹纳说。在我们的日常生活中，不在这种旋转的性质。但量子力学的形式主义可以给我们一个直观的想法，事情如何在某些情况下工作。

旋转磁场之间的耦合

“回到1988年，同事已经预测了中子在突然暴露于旋转时的表现”，玉吉哈瓦瓦教授，中子干涉测量群的头部解释说。“预测中子旋转和旋转磁场之间的联接。但到目前为止，没有人可以直接展示其量子机械形式的这种耦合。它还花了几年的工作和几次尝试这样做。“

类似于具有旋转并穿过旋转转盘的舞者，中子暴露于旋转磁场。该领域操纵旋转，然而，磁场之前和之后的旋转取向是相同的。在用磁场横穿该区域之后，中子的角动量与以前完全相同。唯一的“发生”到中子“它经历了惯性的效果，这通过量子力学可检测到。

在实验设置中，中子束被分成两个分离的部分梁。其中一个暴露于旋转场，而另一个不受影响。然后重组两个部分梁。在量子力学规则之后，中子同时沿两条路径行进。在第一路径中，惯性局部地改变粒子波的波长。这决定了部分波是如何互相放大和熄灭的方式。

最大的挑战是产生磁场的磁线圈的设计。需要在线圈内进行一个小窗口，使中子束通过。但是，字段属性必须符合严格的条件，以诱导所需的字段。在计算机模拟的帮助下鉴定了合适的几何形状。该系统在Viennese Prater的Tu Wien的中子来源开发并测试，而最终测量是在法国格勒诺布尔的生病中进行的。

“令人着迷的是，我们诱导纯量子效应，起初不能典型地理解，”阿林丹纳指出。“我们的直觉应该没有帮助我们。但我们可以证明一个非常具体的情况，即惯性的惯性概念对中子旋转有效。“

参考：“中子干涉旋转耦合观察到中子干涉学”由Armin Danner，Bülentdevirel，Wenzel Kersten，Hartmut Lemmel，Richard Wagner，Stephan Sponar和Yuji Hasegawa，NPJ量子信息.DOI：
10.1038 / s41534-020-0254-8

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