Квантовая механика продолжает удивлять нас своими парадоксами и неожиданными явлениями. Одним из таких явлений, которое было исследовано П.О. Казинским, В.А. Рякиным и П.С. Шевченко, является излучение фотонов, вызванное измерением состояния дираковских частиц, например, электронов.
В данном исследовании развивается теория, которая объясняет, как проективное измерение (тип квантового измерения, которое приводит к коллапсу волновой функции частицы) может привести к излучению фотонов. Это излучение обладает свойствами, схожими с краевым или переходным излучением, возникающим при прохождении заряженных частиц через границу между двумя средами.
«Чтобы лучше понять суть явления, можно провести аналогию с классической электродинамикой. Представьте, что вы резко останавливаете заряженный шарик. В результате этого резкого изменения движения, шарик излучает электромагнитные волны. В квантовом случае, резкое изменение происходит не за счет изменения её траектории, а за счет изменения волновой функции, что приводит к аналогичному эффекту излучения», – говорит соавтор работы, аспирант кафедры квантовой теории поля, Владислав Рякин.
Основные идеи
Когда мы измеряем состояние квантовой частицы, её волновая функция коллапсирует в одно из возможных состояний. Этот процесс может привести к излучению фотонов.
- Вынужденное излучение: происходит, когда фотоны уже присутствуют в системе. Волновая функция действует как своеобразная заряженная жидкость, и амплитуды излучения складываются когерентно.
- Спонтанное излучение: возникает, когда в исходном состоянии не было фотонов, но они рождаются в результате измерения. В этом случае излучение некогерентно.
Измерение спина
Когда измеряется проекция спина частицы, излучение определяется магнитным моментом частицы. Интересно, что если спин частицы не меняется в результате измерения (так называемое квантовое неразрушающее измерение), то излучение отсутствует.
Измерение импульса и координаты
При измерении импульса частицы излучение напоминает краевое излучение от пучка частиц с определённым импульсом. В случае измерения координаты излучение возникает из-за резкого изменения волновой функции частицы в пространстве.
Запутанные частицы
Если две частицы запутаны по спину, то измерение спина одной из них может привести к излучению, которое создаётся только в области, где находится измеряемая частица. Вторая частица, хотя и запутана, не излучает.
Заключение
Излучение при измерении может быть использовано для изучения динамики коллапса волновой функции частицы. Оно также может служить источником высокоэнергетических фотонов, хотя время измерения накладывает ограничение на максимальную энергию излучаемых фотонов.
“Мы показали, что измерение состояния частицы не просто меняет её квантовое состояние, но и может привести к излучению фотонов. Это, насколько мы знаем, новый тип излучения, связанный с сугубо квантовым процессом коллапса состояния частицы при измерении. В частности, такое излучение существует при измерении состояния свободно движущейся частицы. Исследование данного излучения открывает новые горизонты для изучения квантовой механики и её приложений”, — заключает П.О. Казинский – профессор кафедры квантовой теории поля.
Полный текст статьи «Излучение дираковских фермионов, вызванное проективным измерением» опубликован в Physical Review D, см. также arXiv.