【量子物理】有粒子沒性質的柴郡貓效應

■量子力學是一門很奇怪的學問,人們因此經常拿《愛麗絲夢遊仙境》的譬喻來加以解釋。現在粒子物理學家更上層樓了,他們創造出「柴郡貓粒子」。

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photo credit: John Tennie

編譯|高英哲

柴郡貓是一隻會漸漸消失,但是留下咧嘴而笑模樣的貓。愛麗絲看到之後忍不住讚嘆:「哇!我經常看到沒在笑的貓,但我可從沒見過貓不見了也還在的笑!這真是我這輩子見過最妙的事!」維也納科技大學博士生托比亞斯.丹克梅爾 (Tobias Denkmayr) 領導的研究團隊,在今年七月宣佈他們做到了一件差不多一樣妙的事:他們成功地將中子所擁有的磁矩 (magnetic moment) ,從中子本身分離出來。

磁矩是指一個物體受到外部磁場影響,開始會產生轉動的範圍。這是一種性質,在古典物理學的世界中,物體跟它的性質是不可分的。你很難想像你能夠用什麼方法,把巧克力的滋味抽走,使這塊巧克力嚐起來沒有半點滋味,同時卻能夠在別的不知道什麼地方,嚐到你抽走的巧克力滋味。不過在量子力學的極微觀世界中,事情跟你的生活經驗可是大不相同。早在 1990 年代,台拉維夫大學的亞奇.阿哈洛諾夫教授 (Yakir Aharonov) 就從著名的「薛丁格的貓」 (Schrödinger's Cat) 思想實驗,發展出粒子的性質可以抽離出來的概念。這幾年探討這種「柴郡貓粒子」的論文愈來愈多,不過都是紙上談兵,沒有人真的把貓塞進毒氣盒裡,看看是不是真的會出現「又活又死的貓」。

丹克梅爾等人當然也沒有拿貓咪的性命開玩笑,不過他們倒是利用干涉儀,暫時去除掉中子的磁矩。他們用矽晶對中子束進行分光,使得中子走其中一條光束路徑,而中子的磁矩走的卻是另外一條路徑。他們採用阿哈洛諾夫提出的「弱測量」概念,檢測磁場裡中子的旋轉性,在不對量子系統造成干擾的情況下進行觀測,確認了分光後的中子確實沒有磁矩的事實。這兩道光束之後還是會重新結合為一,不會有什麼失根的磁矩飄盪在宇宙之中。

研究團隊指出,若能對「薛丁格的貓」多有了解,便能促進量子資訊處理與量子通訊領域的發展;至於「柴郡貓效應」的實質應用,則是可以將不要的磁矩分離出來,以便我們觀察到先前被磁矩覆蓋住的區域,不受干擾地對其他我們真正感興趣的粒子性質,進行高精確度的測量工作。
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延伸閱讀:
【一頁物理】薛丁格的貓(Schrodinger’s Cat)怎麼了?
【探索九】比相對論更奇怪的量子力學

--研究出處:“Quantum Cheshire Cat” Phenomenon Observed For The First Time
譯者:高英哲 科教中心特約寫手,從事科普文章編譯。
責任編輯:Kerina Huang

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