באתי, ראיתי, קבעתי: מדעני מכון ויצמן למדע השפיעו על הספין של אטום בודד באמצעות מדידה

מימין: ד"ר רועי עוזרי, ינון גליקמן, שלומי קוטלר וניצן אקרמן. צילום: מכון ויצמן למדע.

אחד מעקרונותיה הידועים של תורת הקוונטים אומר שמערכת יכולה להימצא במספר רב של מצבים בעת ובעונה אחת. כלומר, היא מתקיימת במציאויות מקבילות, תופעה המכונה "סופרפוזיציה". הסופרפוזיציה מתקיימת  כל עוד איננו מתבוננים במערכת או מודדים אותה בדרך כלשהי. כאשר אנו מודדים את המערכת, היא "קורסת" על בסיס המדידה ומתייצבת במציאות אחת. הסיבה לכך שאנו חווים את העולם סביבנו במציאות אחת בלבד, קשורה לכך שאנו מודדים אותו ללא הרף. לדוגמה, אנו מודדים את מיקום האותיות על מסך המחשב בכך שאנו מתבוננים בהן.
עקרון הסופרפוזיציה הודגם לראשונה על-ידי אוטו שטרן וולטר וגרלך בשנת 1922 באמצעות ספינים (מגנטים קטנים) של אטומי כסף. ספינים כאלה יכולים להתקיים בסופרפוזיציה, כלומר, הם מצביעים בכיוונים שונים בעת ובעונה אחת. ד"ר רועי עוזרי ותלמידי המחקר ינון גליקמן, שלומי קוטלר וניצן אקרמן, מהמחלקה לפיסיקה של מערכות מורכבות במכון ויצמן למדע הראו כיצד באמצעות "התבוננות" מתבצעת מדידה של ספין אטומי בודד. תוצאות המחקר התפרסמו בכתב-העת המדעי Science. חברי הקבוצה האירו את האטום, מדדו את הפוטון שהוא פולט כתוצאה מההארה, והראו שהספין האטומי קורס מהסופרפוזיציה למציאות אחת, שבה הוא מצביע בכיוון שבו האטום פלט את הפוטון.

האיור מראה כיצד הספין האטומי המצביע בכל הכיוונים (ומיוצג באמצעות הכדור) קורס לאחת מתוך שתי אפשרויות מנוגדות, כתלות במדידת הקיטוב של הפוטון

בהמשך הראו שכאשר הם מודדים את הקיטוב של הפוטון הנפלט, הם קובעים בכך את כיוון הספין של האטום. כלומר, הצופה לא רק משפיע על התוצאה, אלא גם יכול לקבוע מראש כיצד תשפיע המדידה על המערכת הנמדדת.
בניסוי האחרון בסדרה הראו המדענים שהספינים של האטום הנמדד ושל הפוטון הנפלט ממנו, מצויים במצב שזור. כלומר, גם לאחר שהם מתרחקים מאוד זה מזה, כל מדידה של אחד מהם, משפיעה מיידית על האחר.
ניסוי זה מהווה צעד חשוב בדרך להבנת משמעות המדידה במערכות קוונטיות.
המאמר המדעי: http://www.sciencemag.org/content/339/6124/1187.abstract?sid=e023d05a-2aa5-459b-969b-86bec82d7397