研究指出影响粒子飞行的非牛顿力

引号具有传统的力量 - 以及它们背后的武力传统。

当内布拉斯加州的赫尔曼·巴特拉恩及其同事最近提交了一份研究论文，证明存在非牛顿量子力量时，该期刊要求他们将“力量”牢牢地置于引号内。该团队理解并同意该请求。

毕竟，这个词长期属于古典牛顿物理学：相反和相反的反应，电磁学，引力和其他定律，解释了日常经验中的苹果掉落和头部现象。

相比之下，Batelaan和他的合作者在量子物理学的背景下使用了这个词来描述无限小 - 其中亚原子粒子的位置和速度是由概率而不是精确值定义的，其中电子同时表现得像两个粒子和波浪，以及其他违反直觉的模糊性统治这个领域的地方。

这个领域在1959年变得更加模糊，当时一项拟议的实验表明，仅靠近古典力量 - 而不是力本身 - 可以将自己强加于物质世界。在实验中，两个电子流在线圈的任一侧航行，其磁场完全与那些电子隔离。

尽管电子流都没有通过实际磁场，研究人员确定电子的量子概率将经历可测量的变化，这取决于磁场的强度。后来的实验证实了这种所谓的Aharonov-Bohm效应的存在。

但如果奇怪效果的存在是无可争辩的，那么它的本质就不是。Batelaan的博士后顾问之一Anton Zeilinger介绍了一个定理，表明Aharonov-Bohm效应并不代表或产生一种力量。当Batelaan和其他人的后续实验证实这种效应没有延迟电子的到达时间时 - 预计会有一种力量 - Zeilinger定理得到了广泛的支持。

然而，在Zeilinger提出他的定理之后的几年，物理学家安德烈·谢兰科夫和迈克尔·贝里通过断言Aharonov-Bohm效应确实来自力量的量子等价来反驳它。即使这种力量没有使电子减速，Shelankov预测它可以通过偏转它们来改变它们的飞行轨迹。

“本身，你可以理解每种理论的推导，”内布拉斯加州物理学和天文学教授Batelaan说。“他们看起来都很正确，但他们彼此冲突。所以我们绞尽脑汁想出一个能给出两个答案的理论。我们知道必须有一个更大的框架。

“它要求解决理论冲突。它要求进行实验。”

所以Batelaan和他的同事，包括前博士生顾问Maria Becker，为自己设定了一个崇高的目标：展示Shelankov的预测，同时也适应Zeilinger的定理。他们在安特卫普大学进行的实验类似于之前的许多实验：电子束向纳米级棒的方向航行，其磁场与粒子隔离。当棒的磁化强度为零时，电子在反弹后形成的波状图案 - 类似于水中重叠的波纹 - 是对称的。

然而，当团队提高磁化强度时，那些衍射图案变得不对称 - 间接证据表明非牛顿力向左或向右推动电子。正如团队预期的那样，扭转磁化方向也会颠覆不对称的方向，进一步支持量子现象的概念，这种现象可以像古典牛顿力一样影响物质。

Zeilinger定理?根据团队的分析，他所做的理论假设不适用于研究所暗示的侧向运动。鉴于此，Batelaan说，这项研究并没有使Zeilinger无效。相反，该团队在数学上表明，其Shelankov预测结果和Zeilinger定理是一个总体定理的两个特例。

Batelaan粗略地将这种情况与一个球开始沿​​平坦平台滚动的情况进行了比较。缓慢升高和降低该平台可以在一个平面上改变球的目的地，即使其速度和到达时间保持不变。俯视平台，观察者可能会错过任何转变; 只有在改变观点后才会显而易见。

Batelaan说，观点问题也可以解释这项研究。古典力量在当地运作，只影响与这些力量相邻的物质。但量子力学 - 特别是量子纠缠，其中一个粒子的变化同时表现在另一个纠缠的粒子中，理论上可以在光年之外 - 不受距离的约束。

Batelaan表示，该团队的结果可能被解释为同样非本地力量的证据。

“在这里，我们的情况是非本地的，但不像量子纠缠，”Batelaan说。“这是一个单粒子现象，而不是一个双粒子现象。那么，没有力量发生的事情的想法是否可以在不同的背景下应用?这是非常罕见的。这是非常非常特殊的。我认为我们是什么到这里确实是另一个例子。

“我觉得这强调了大自然可能不是本地的想法。这是一个很大的问题。我在这里做的事情会影响其他地方的事情，没有明确的中间人吗?”

Batelaan找到证据的事实并不意味着他必须喜欢它。

“我觉得这很恶心，”Batelaan笑着说道。“我生活在古典世界。我在周围看到的一切都是因为力量而发生的。如果有没有力量发生的事情，为什么我不能使用它们?为什么没有更多的例子?

“作为一种物理原则，它必须无处不在。但我们(可能)只是太盲目而无法看到它。”