Pisica de Cheshire cuantică este un fenomen paradoxal în mecanica cuantică , a cărui esență este că un sistem cuantic în anumite condiții se poate comporta ca și cum particulele și proprietățile lor ar fi separate în spațiu [1] [2 ] . Cu alte cuvinte, un obiect poate fi separat de proprietățile sale [1] .
Numele acestui fenomen este o referire la cartea Alice în Țara Minunilor de Lewis Carroll , în care unul dintre personajele ei, Pisica Cheshire , are capacitatea de a dispărea, lăsând în urmă doar zâmbetul lui [1] .
Tehnica experimentală a fost dezvoltată de un grup de oameni de știință din Marea Britanie și Israel . Ei au propus să folosească metoda de măsurare slabă pentru a studia paradoxul „Pisicii Quantum Cheshire” pe exemplul neutronilor . În cursul experimentelor cu utilizarea unui interferometru cu neutroni , un fascicul de neutroni a fost împărțit în doi neutroni care călătoreau în moduri diferite. În cursul acestui lucru, s-au făcut măsurători slabe ale locației particulelor , precum și ale momentului magnetic al acestora ( spin ). Rezultatele experimentului arată că sistemul se comportă ca și cum neutronii ar fi călătorit pe o cale, în timp ce momentul lor magnetic a călătorit de-a lungul celeilalte. Adică „pisici-neutroni” se află într-un loc diferit de „smile-back-ul” lor [1] [2] .
Ideea unei pisici Cheshire cuantice a fost propusă pentru prima dată în 2010 [3] . Yakir Aharonov a propus în 2013 o modalitate de a aplica măsurători slabe pentru a-l detecta. Acest experiment, care a dovedit pentru prima dată existența unui astfel de fenomen, a fost reprodus pe o sursă de neutroni la Institutul Laue-Langevin din Grenoble cu participarea specialiștilor de la Universitatea de Tehnologie din Viena, care au dezvoltat configurația de măsurare [4] .
Într-un experiment cu interferometru cu neutroni, un fascicul de neutroni cu rotații în sus și în jos a trecut printr-un cristal de siliciu ideal și a fost împărțit în două părți. Apoi a rămas un fascicul polarizat , în interiorul căruia toți neutronii sunt caracterizați de aceeași direcție de rotație. Rotatorul de rotație ST1 a rotit rotația de-a lungul traiectoriei de mișcare. Apoi, în blocul SR au fost create două fascicule cu orientări de rotație diferite. Primul fascicul de neutroni a avut o rotație de-a lungul traiectoriei neutronilor, în timp ce spinul celui de-al doilea fascicul a fost orientat în direcția opusă. După trecerea prin diferite căi, ambele fascicule au fost combinate, iar apoi s-a observat interferența fasciculelor urmărite de două detectoare [4] [1] .
Într-un detector, au fost înregistrați doar neutroni cu o rotație de-a lungul direcției de mișcare, restul au fost ignorați. Evident, acești neutroni ar fi trebuit să urmeze prima cale, întrucât numai în ea neutronii aveau o astfel de stare de spin, lucru dovedit în experiment prin instalarea succesivă a filtrelor (ABS) pe fiecare dintre căi, absorbind o mică parte din neutroni. În cazul în care al doilea fascicul a fost trecut prin filtru, numărul de neutroni detectat a rămas neschimbat. În cazul în care primul fascicul a fost îndreptat prin filtru, numărul acestor neutroni a scăzut [4] [1] .
Paradoxul a fost observat de oamenii de știință când au încercat să determine locația spinurilor neutronilor. Pentru a face acest lucru, direcția învârtirilor a fost ușor modificată folosind un câmp magnetic . Când cele două fascicule convergeau, ele interferau și puteau fie să se amplifice, fie să se anuleze reciproc. O mică modificare a învârtirilor ar fi trebuit să ducă la modificări ale întregului model de interferență. În timpul experimentelor, s-a dovedit că câmpul magnetic aplicat primului fascicul nu a avut niciun efect. Dar, dacă pe cel de-al doilea fascicul i se aplică un câmp magnetic, care nu conține neutroni detectabili, apare efectul dorit. Adică, sistemul s-a comportat ca și cum particulele ar fi fost separate spațial de proprietățile lor magnetice [4] [1] .