Z Illinois do Minnesoty! Kredit: Christine Daniloff / MIT.

Už jsme si zvykli, že svět kvantové mechaniky vyznává podivné zákonitosti, které se vzpěčují naší zkušenosti. A zároveň se utěšujeme tím, že se tyhle kvantové podivnosti omezují na velmi nepatrné objekty a škály. Jenže, nejspíš bychom si tím neměli být až tak úplně jistí.

David Kaiser. Kredit: MIT.

Vyloženě klasickou kvantovou podivností je superpozice. Jednoduše řečeno jde o to, že objekty mohou existovat ve více různých stavech zároveň. Zní to zvláštně, ale taková je prostě kvantová mechanika. Například, podle tohoto principu elektrony mohou rotovat po směru hodinových ručiček i proti jejich směru zároveň. Anebo mohou být zároveň neexcitované a excitované.

Se superpozicí se ostatně potýkal už před dlouhými desítkami let Erwin Schrödinger, který vymyslel svou slavnou Schrödingerovu kočku jako zlomyslný myšlenkový pokus vysmívající se právě kvantové superpozici. Jenže se to zvrtlo, Schrödingerova kočka začala žít vlastním životem, proslavila kvantovou mechaniku po celém světě, a superpozici se už dneska nikdo nevysmívá. Fyzici prokázali, že částice doopravdy mohou být ve stavu superpozice, a že náš svět je skutečně hodně divné místo. Otázkou ovšem je, kde se to zastaví.

Detektor projektu MINOS v Soudanu. Kredit: ShakataGaNai, Wikimedia Commons.

Fyzici MIT teď přicházejí s tím, že kvantové efekty nejsou omezené jenom na neviditelné vzdálenosti. Podle nich totiž neutrina, elementární částice s velice malou hmotností ze skupiny leptonů, mohou být ve stavu superpozice na vzdálenost stovek kilometrů. Jejich výsledky, které se objevují v červencovém čísle časopisu Physical Review Letters, tak prý představují největší vzdálenost na jaké kdy byly testovány kvantové efekty.

Experiment MINOS. Kredit: Fermilab.

Klíčovou roli v tomto objevu sehrál experiment Fermilabu MINOS (Main Injector Neutrino Oscillation Search). V rámci experimentu jsou v zařízení Fremilabu NuMI, tedy poblíž Chicaga (Illinois) produkována neutrina a pak je posílají do detektoru, který je dole v Soudanu, stát Minnesota, ve vzdálenosti 735 kilometrů. Neutrina se řítí vesmírem rychlostí blízkou rychlosti světla a jenom velmi málo se starají o okolní hmotu. Během svého letu ale podle všeho neutrina oscilují mezi tím, jaký typ neutrina jsou. Když Chicago opouští neutrino určitého typu, tak cestou osciluje a může přiletět do Soudanu jako neutrino jiného typu. 

Fyzik David Kaiser a jeho kolegové prostudovali distribuci typů neutrin produkovaných v Chicagu a porovnali ji s distribucí typů neutrin detekovaných v Soudanu. Nakonec dospěli k závěru, že pozorované distribuce neutrin lze nejlépe vysvětlit tak, že neutrina jsou během letu mezi Chicagem a Soudanem ve stavu superpozice a nenabývají podobu jednoho konkrétního typu. 
Podle Kaisera je naprosto fascinující, že kvantové mechanice neutečeme, ani když se pohybujeme na pořádně velkých vzdálenostech. Jak se zdá, kvantově mechanický popis se nám hodí, i když v USA překračujeme hranice jednotlivých států. Oproti očekávání se kvantová mechanika nebojí makroskopických měřítek.


Video:   How the Hippies Saved Physics — David Kaiser


Literatura
MIT 19. 7. 2016, Wikipedia (Neutrino)