| Ramseyův interferometr |
Dekoherenci nemusíme sledovat jen ve dvojštěrbinovém experimentu, kdy má molekula klasickou možnost volby dvou drah. Je také možné sledovat interferenci mezi dvěma stavy vhodně připraveného systému. Serge Haroche spolu s kolegy připravili zajímavý experiment na Ecole Normale Supérieure v Paříži. Za pomoci laseru excitovali ve svazku atomů rubidia elektron v atomárním obalu do stavu s velmi vysokou energií. Tím vznikl tzv. Rydbergův atom , u kterého poté sledovali vývoj jeho vnitřních stavů.
 |
| Hustota pravděpodobnosti výskytu elektronu (tzv. orbital) pro různé kvantové stavy. Ve vysokých (Rydbergových) stavech existují i koherentní stavy připomínající klasické trajektorie elektronu. |
druhém konci svazku bylo další mikrovlnné pole, které interagovalo s Rydbergovým atomem a vytvořilo s prvním polem interferenční obrazec, jehož proužky kopírovaly obsazení (populaci) základního Rydbergova stavu. V některých oblastech svazku bylo tedy zastoupení základního stavu vyšší než v jiných. Jde vlastně o interferenční obrazec způsobený neznalostí informace o tom, ve kterém ze dvou stavů se Rydbergův atom nachází. Interferometr využívající interference mezi dvěma stavy atomu se nazývá Ramseyúv interferometr.
Poté Harocheův kolektiv mezi oba mikrovlnné pulzy umístil mikrovlnný rezonátor (dutinu s mikrovlnným polem). Při interakci s Rydbergovým atomem se mění fáze pole rezonujícího v dutině a z této změny fáze lze v principu určit stav a polohu prolétávajícího Rydbergova atomu. Stav Rydbergova atomu je propleten se stavem pole v dutině
(aniž by v tomto případě došlo k přenosu hybnosti). Pokud byla dutina prázdná, a informace o stavu atomu nemohla být nijak získána, objevily se výrazné interferenční proužky. Jakmile ale bylo v dutině byť minimální rezonanční pole (například složené z pouhých devíti fotonů), proužky byly méně výrazné. Došlo k narušení interference
díky propletení stavu letícího atomu s fází koherentního pole v dutině.
I další vědci sledovali možnost zakódování informace o poloze do vnitřních stavů částice, jež interferuje sama se sebou. Již v roce 1987 činil takové experimenty Helmut Rauch s kolegy ve Vídni. Pomocí Machova Zehnderova interferometru se mu podařilo zakódovat informaci o dráze polarizovaných neutronů za pomoci dvou hodnot projekce
spinu. Mezitím tým Gerharda Rempeho z MPI
v Garchingu využil v atomární interferometrii k nalezení dráhy dva hyperjemné základní stavy atomu rubidia. Oba experimenty
potvrzují základní fakt: interference vlny příslušící hmotné částici vymizí, pokud jsou dva různé stavy polohy interferujícího objektu korelovány s jeho vnitřními stavy.
 |
| Ramseyův interferometr. Rydbergovy atomy jsou připraveny v aparatuře B. Atomy jsou znázorněny kroužky (naznačují kvaziklasické elektronové orbitaly) a jejich cesta interferometrem šipkou. R1 a R2 jsou pomocné dutiny, první slouží k přípravě superpozice stavů dvojhladinového Rydbergova atomu a druhá k detekci. Interferenční proužky vznikají superpozicí polí z obou dutin (lze je považovat za „ramena“ interferometru. Rezonanční dutina C způsobuje narušení inetrferenčního obrazce, pokud je v ní pole, pomocí kterého lze v principu určit přítomnost (tedy polohu) a stav prolétávajícího Rydbergova atomu. |
| Závěr |
Propletení stavů kvantové částice s okolím není jediným způsobem, jak narušit interferenci. Problémem může být i šum způsobený naší neschopností mít pod kontrolou experimentální podmínky s dostatečnou přesností. Experimentátoři například bojují s náhodnými fluktuacemi rozdílu délek obou ramen interferometru (dvou drah). Takové fluktuace opět vedou k narušení interferenčního obrazce. Velké molekuly s malou de Broglieho vlnovou délkou jsou na tyto jevy velmi citlivé. V našich experimentech je rozdíl délek ramen interferometru stabilní s přesností jedné tisíciny průměru molekuly. I když experimentální nároky budou v dalších experimentech stále růst, věříme, že se tyto překážky podaří překonat.
Experimenty s vlnovou povahou hmoty ukazují, že mezi klasickým a kvantovým světem není žádná hranice. Objekt se může za určitých podmínek chovat kvantově a za jiných klasicky. Zdá se, že klíčovým faktorem pro ztrátu kvantových vlastností je výměna informací objektu s okolním světem. Přechod ke klasickému chování závisí na tom, zda experimentální uspořádání umožňuje, aby byly získávány informace o kvantovém systému. Například v případě interference v dvjojštěrbinovém experimentu je rozhodující, zda je v principu informace o poloze objektu dostupná okolnímu světu. A vůbec není rozhodující, zda se experimentátor opravdu pokusí tyto informace získat.
Podle našeho názoru je interference možná i pro tak velké objekty, jako jsou bílkoviny, malé viry nebo nanokrystaly s hmotností až 106 AMU. Předpokládáme, že pro tak
velké objekty nebude problém s dekoherencí při dostatečně nízkých tlacích a teplotách, kdy budou potlačeny srážky a tepelné vyzařování. Žádná principiální hranice pro velikost kvantových objektů asi neexistuje, ale pro získání koherentních svazků superhmotných částic bude třeba vykonat ještě velmi mnoho experimentální práce. Příprava takových experimentů je fascinující výzvou současné vědy.
Zdroje:
