“量子柴郡猫”有了首个实验证据

《科学日报》(记者常立军)薛定谔猫在量子力学中是广为人知的，而“量子柴郡猫”的概念则相对较新。柴郡猫是科幻小说《爱丽丝梦游仙境》中一只咧着嘴笑的猫:它会消失，但会留下笑容。一个对象能和它的属性分开吗？奥地利维也纳科技大学领导的一项国际研究实验证明，中子能量及其自旋处于不同的位置，在量子世界中，物体与其性质的分离是可能的。

实验是在法国格勒诺布尔劳厄-朗之万研究所(ILL)的中子源上进行的，表明中子运动的路径不同于其磁矩的路径。

中子没有电荷，但是由于它的自旋，它有磁矩和方向，这将受到外部磁场的影响。根据量子力学定律，粒子可以同时处于不同的物理状态。例如，硅晶体被用来将一束中子分成两束，每束中子可以同时走两条路径，而不用选择它们想走的路径。"这项实验技术被称为中子干涉测量法，是研究量子力学的理想工具."维也纳理工大学的长谷川教授说。据《每日科学》网站7月30日(北京时间)报道，在实验中，中子束首先在中子干涉仪中被分成两部分，然后两个中子的自旋变成不同的方向:上部中子束的自旋方向与其自身运动轨迹的方向相同，而下部中子束的自旋方向相反。在两个中子束重新组合后，只有自旋方向与它们自身运动方向相同的中子被选中，而其他的被忽略。"这叫做后选."维也纳科技大学的赫尔曼·格伯特说:“中子束包含两个自旋方向，但我们只分析一个方向。”

为了看看这项技术是否能把粒子的性质从粒子本身中分离出来，长谷川佑司的团队与法国国家科学研究所、查普曼大学和劳埃-朗之万研究所的科学家一起开发了一项新的量子实验。

“我们可以通过首先将中子置于特定的初始状态，然后选择另一种状态来探测干涉仪中的两条路径。”维也纳理工大学的托比亚斯·丹克迈耶(Tobias Dankmeyer)说，“在一条路径上，粒子本身与我们的探测设备相结合，而在另一条路径上，它对磁自旋耦合很敏感。该系统的行为就好像粒子本身与其属性在空间上是分离的。”

研究人员指出，这种反直觉效应对基于量子干涉的高精度检测具有重要意义。维也纳科技大学的斯蒂芬·斯宾纳说:“等效的子系统有一个你想要检测的属性，而另一个属性会给系统增加干扰。你可以用这只“量子柴郡猫”将两者分开，这样可以最大限度地减少干扰。”

“量子柴郡猫”的概念最早是由美国查普曼大学的杰夫·托基森和雅克·阿哈洛诺夫教授提出的，并于去年发表了一项实验提案。目前的测试是这一现象的第一个实验证据。