Gamma 146 Nyheder og meddelelser antagelsen om realisme eller begge antagelser er gal, men Bells ulighed er neutral og udtaler sig ikke om, hvem der e

Transkript

1 Nyheder og meddelelser Ved Sanne Hansen (SH), Katrine Rude Laub (KRL), Thomas R. N. Jansson (TJ), Silja Heilmann (HE) og Michael Artych (MA) Er Manen der nar vi ikke kigger? KVANTEMEKANIK: Kvantemekanik leverer kun sandsynligheder for udfald af eksperimenter. Et faktum der giver nogle mennesker gra har i hovedet. Einstein for eksempel. Han levede i fuld forventning om, at en mere fundamental, underliggende skjult variabel teori med samme overordnede egenskaber som den klassiske kvantemekanik ville blive udviklet. Kvantemekanikken var i hans jne en ufuldstndig beskrivelse af verden - en midlertidig vrktjsteori. Siden Bohr og Einstein startede diskussionen om de skjulte variable, har det vret en populr sport at identicere uligheder som disse skjult variabel teorier forudsiger og teste eksperimentelt, om naturen overholder dem. Den mest bermte af sadanne uligheder er Bells. Budskabet fra Bells ulighed er, at alle skjult variabel teorier, der bygger pa antagelser om lokalitet og realisme, vil producere forudsigelser, der afviger fra den klassiske kvantemekaniks forudsigelser. Dette til trods for at antagelserne om realisme og lokalitet nok vil forekomme de este ret uskyldige. Antagelsen om lokalitet er antagelsen om, at begivenheder adskilt i rum 1 ikke kan pavirke hinanden, og antagelsen om realisme er antagelsen om, at alle udfald af malinger afhnger af reelle pre-eksisterende karakteristika ved objekter, og at disse karakteristika er uafhngige af den foretagede maling. Til realismeantagelsen havde Einstein flgende kommentar: \I think that a particle must have a separate reality independent of the measurements. That is an electron has spin, location and so forth even when it is not being measured. I like to think that the moon is there even if I am not looking at it". Alain Aspects bermte forsg fra starten af 80'erne, brd Bells ulighed og overbeviste de este om, at ideen om en underliggende lokal realistisk skjult variabel teori er fundamentalt forfejlet. Enten antagelsen om lokalitet eller 1 begivenheder adskilt i rum saledes, at det ville krve overlyshastigheder at sende information i mellem dem. 4

2 Gamma 146 Nyheder og meddelelser antagelsen om realisme eller begge antagelser er gal, men Bells ulighed er neutral og udtaler sig ikke om, hvem der er synderen. Groblacher et al. fra Wien Universitet forsger nu i en artikel i Nature [1] at indsnvre, hvilken af antagelserne den er gal med. De har undersgt en bred klasse af non-lokale men realistiske skjult variabel teorier, speci- ceret af den teoretiske fysiker Anthony J. Leggett i Altsa teorier hvor det antages, at udfald af eksperimenter adskilt i rum principielt godt kan vre korrelerede. I artiklen udledes en generel Leggett-ulighed i stil med Bells og denne ulighed ligger til grund for forskernes forsg. Groblacher et al.s eksperiment tog ligesom Aspects forsg udgangspunkt i et ensemble af 'entangeled' partikelpar - her linert polariserede fotoner. Fotonparrene blev dannet ved at sende energirige fotoner igennem en non-linear krystal, hvorpa de splittedes i par, hvis samlede impuls og energi var lig de oprindelige fotoners. 2 Alice og Bob sad vanen tro spndt afventende i hver sit laboratorium med hver sit polarisationslter orienteret langs maleretningerne a og b, og noterede +1 nar en foton passerede og?1 ved mangel pa foton. Ligesom i Aspects forsg blev maleretningen i Groblacher et al.'s forsg frst valgt, efter fotonerne havde forladt kilden og var pa vej mod ltrene, saledes at det kunne udelukkes, at fotonerne var informeret om maleretningerne pa forhand (et trick Bell introducerede). Nar uligheder af Bell-typen skal testes vlges maleretningerne a og b altid sa disse ligger i samme plan - men nar Leggett-uligheder skal testes som her, ma Bob ud i et plan vinkelret pa Alices, for at opna den orientering af maleretninger, hvor kvantemekanikken forudsiger det maksimale brud pa uligheden. Bobs fotoner matte derfor passere et lter, der drejede deres polarisation en kvart omgang. Den generelle Leggett-type-ulighed, der udledes i artiklen har formen: S NLSV = je 11 ( ) + E 23 (0)j + je 22 ( ) + E 23 (0)j 4 4? j sin( )j (1) 2 Hvor E ij (v) er et uniformt gennemsnit af ere forskellige korrelations funktioner for Alices og Bobs malinger og v vinklen mellem deres maleretninger a og b. 3 Groblacher et al. fandt, at deres klasse af skjult 2 En proces der kaldes Spontaneous parametric down-conversion. 3 NLSV star for 'Non-Lokale Skjult Variabel'. 5

3 Nyheder og meddelelser Gamma 146 variabel teorier bade pa papiret og eksperimentelt var i konikt med klassisk kvantemekanik. Da Aspect i sin tid overbevisende sendte lokale realistiske skjult variabel teorier til tlling, fokuserede mange pa lokalitetsantagelsen. Flere mente, at det var lokalitetsantagelsen, der var gal, og at Aspects forsg peger pa, at verden har en fundamental non-lokal karakter 4, til trods for at non-lokalitet er i strid med relativitetsteorien. Den slags non-lokalitet, der tillader malinger af entangled partikelpar at vre korrelerede, gr os ikke i stand til at sende information med overlyshastighed, og derfor var ere villige til at tolerere en midlertidig fredelig koeksistens mellem relativitetsteorien og en non-lokal kvanteteori. Med deres eksperiment har Groblacher et al. tilbagevist en bred klasse af non-lokale realistiske skjult variabel teorier og i deres konklusion antyder de derfor kraftigt, at det ikke som fr populrt antaget, er lokalitetsantagelsen den er gal med, men derimod realismeantagelsen. Aspelmeyer fra forskergruppen udtalte til Physics Web \Our study shows that 'just' giving up the concept of locality would not be enough to obtain a more complete description of quantum mechanics - You would also have to give up certain intuitive features of realism.". I samme nummer af Nature nder man dog en kritisk kommentar til artiklen fra selveste Alain Aspect. Han hilser interesseret strigernes forsg velkommen, men papeger, at der eksisterer typer af non-lokale realistiske skjult variabel teorier, der ikke ndvendigvis overholder Legget-uligheden. For eksempel hrer de Broglie-Bohm teorien, en af de mest bermte formulerede skjult variabel teorier, ikke under den klasse af teorier som Groblacher et al. tester. Aspect kritiserer derfor Groblacher et al. for at drage for drastiske lososke konklusioner fra deres resultater. Maske er manen der sa alligevel nar vi ikke kigger? [1] Groblacher et al. An experimental test of non-local realism. Nature 446, 19 April. [2] Alain Aspect. To be or not to be local. Nature 446, 19 April. [3] 'Quantum physics says goodbye to reality' Jon Cartwright, Physics Web ( 4 F.eks. fysikeren og losoen Abner Shimony, se [4] 6

4 Gamma 146 Nyheder og meddelelser 20 April [4] Abner Shimony. 'An Exposition of Bell's Theorem' bragt i 'Sixty-Two Years of Uncertainty' Plenum Press, New York, HE De frste 3D-billeder af Solen ASTRONOMI: De frste billeder af Solen i tre dimensioner blev frigivet af NASA i april NASAs to STEREO-satellitter, der blev opsendt i oktober 2006 er nemlig begyndt at sende optagelser, der kan kombineres til 3D-billeder af Solen. STEREO er en forkortelse for Solar TErrestrial RElations Observatory og er to satellitter, der er placeret i nsten samme bane som Jorden. Den ene satellit ligger lidt foran Jorden (i banen) og den anden ligger lidt bag Jorden. Da satellitterne er adskilt, er det muligt for dem at observere Solen i 3D - ligesom et par jne kan sanse dybde pga. afstanden mellem dem. Formalet med de to satellitter er at fa en bedre forstaelse af de sakaldte koronale masseudkastninger (CME - Coronal Mass Ejections), der er enorme udslyngninger af elektrisk ladede partikler, som sker i forbindelse med store eksplosioner pa Solens overade (soludbrud). Disse gigantiske koronale masseudkastninger bliver sendt afsted mod Jorden og rammer Jordens magnetfelt, hvilket resulterer i geomagnetiske storme pa Jorden, der kan foranlede nedbrud af strmforsyning og telekommunikationssystemer, delgge opsendte satellitter og frembringe nordlys. De nye billeder, der er frigivet af NASA, dkker alle de blgelngder STEREO kan opfange (synlige, ultraviolette og radioblger), og dermed kan man se mange forskellige facetter af soludbrud og komme forstaelsen af dem nrmere. I dag bruges NASAs eksisterende Advanced Composition Explorer satellit (ACE) til at advare om soludbrud og ACE kan advare om en geomagnetisk storm omkring en time fr den rammer Jorden. Men STEREO forventes ikke alene at kunne forbedre denne advarselsperiode med nsten 2 dage, det forventes ogsa, at STEREO vil hjlpe pa forstaelsen af, hvordan soludbrud opstar og udvikler sig, og hvordan de pavirker og rammer Jorden. 7

5 Nyheder og meddelelser Gamma 146 [1] [2] [3] SH Virus narrer celler BIOFYSIK: Vira som f.eks. fugleinuenza og HIV virker ved at fa kroppens egne celler til at arbejde for sig, sa de lettere kan incere hele kroppen. Hvordan dette er foregaet har hidtil vret uvist, men nu er forskerne kommet nrmere et svar. En del af forskningen har fundet sted lige her pa Niels Bohr Institutet. Virus virker ved at trnge ind i en celle og fa cellen til at producere de proteiner, den har brug for, for at sprede sig. Nar virussen invaderer cellen, spreder den RNA, som ligner den menneskelige RNA, men med den forskel at viralt RNA Fugleinuenzavirus, se [3]. har en tendens til at folde op i pseudoknuder. RNA er en enkeltstrenget kopi af DNA. RNA-strenge er sammensat af en lang rkke nukleotider, som koder for proteiner. Proteiner er opbygget af aminosyrer, hvor hver aminosyre er dikteret af bestemte kombinationer af netop tre nukleotider kaldet kodoner. Rkkeflgen pa disse kodoner og dermed nukleotider bestemmer altsa, hvilke proteiner, der bliver produceret. Selve processen med at lse aminosyresekvenser foretages af riboso- 8

6 Gamma 146 Nyheder og meddelelser mer, som krer langs RNA-strengen. Nar et ribosom stder pa en pseudoknude, bliver det ndt til at stoppe op og lse knuden, fr det kan fortstte. Hvordan dette foregar, er blevet undersgt af et hold bestaende af molekylrbiologer og fysikere fra 'optisk pincet'-gruppen under ledelse af Lene Oddershede (se Gamma 140). Med den ene ende af RNA-strengen fastholdt og den anden fanget af en optiske pincet, har det vret muligt at flge, hvordan pseudoknuden lsnes mekanisk. Det viser sig, at ribomet, nar det stder pa en pseudoknude, glider lidt tilbage af RNA-strengen og derved kan komme til at starte skvt i forhold til de kodoner, det var ved at lse. Det betyder, at ribosomet nu lser nogle andre aminosyresekvenser og derved far dannet nogle andre proteiner. Forskergruppen har fundet ud af, at jo strkere en pseudoknude des strre sandsynlighed for, at ribosomet glider baglns. Pa denne made snyder virussen ribosomet til at danne de proteiner, den har brug for. [1] Hansen et al, PNAS, 104, 14, 5830 [2] [3] KRL ndring af standard binrt system? Lige siden vi frst k smag for brbare computere, har vi krvet mere og mere ydelse for den bunke penge, vi betalte, men samtidig ogsa krvet at batteriet ikke dde ud efter en times tid. Processor og harddisk er gradvist blevet bedre til at handtere strmforbrug. Men er det nok? Nej, vi er interesserede i at nde noget bedre og mere eektivt i det 21. arhundrede. For eksempel noget der kan fordoble vores harddisks kapacitet og hulkommelse? Eller maske endda nedstte strmforbruget endnu mere? Iflge Bruno Soares, Fredrik Jonsson og Nikolay I. Zheludev er dette nske muligvis noget der kan opfyldes i den nrmeste fremtid. I et simpelt eksperiment kigger de pa en enkelt galliumpartikel pa 80nm med 4 energistadier. Denne bestrales med en optisk laserpuls med energier, som ligger i picojoule omradet. 9

7 Nyheder og meddelelser Gamma 146 Rammes partiklen med bestemte energier, kan den exciteres fra grundtilstanden til tre forskellige hjere stabile energitilstande. Disse eksitationer krver meget lidt energi i forhold til de hvad der krves for at skrive data pa f.eks en DVD. Energiforbruget ved data-skrivning pa et fremtidigt Galium-medie ville saledes kunne reduceres kraftigt. Udnyttes galium partikelens re energistadier til data lagring, betyder det ogsa at vi kan ga fra at lagre data i base 2 til base 4. Eksperimentet lgger saledes op til at skabe nye medier med strre kapacitet. Nuvrende medier (som f.eks. DVD og DVR) har en datakapacitet pa ca Tb/In (0.015 Terabyte/Inch), og harddiske ligger pa ca. 0.23Tb/In. Med den nye metode ville man kunne komme op pa ca. 3.3Tb/In. Eksperimenterne er dog lavet ved meget lave temperaturer (100K-160K), og det er stadig uvist om processen kan udfres ved hjere temperaturer. Potentialet er der og bliver formegentligt udnyttet en dag. [1] [2] All-Optical Phase-Change Memory in a Single Gallium Nanoparticle Bruno F. Soares, Fredrik Jonsson, and Nikolay I. Zheludev Phys. Rev. Lett. 98, Kolde ngre MA GEOFYSIK: Nar to isager mdes pa havet, vil man forvente, at den ene vil blive presset ned under den anden, eller at de stder sammen og former en hjderyg af knust is. De sidste 50 ar har det vret kendt, at der ndes en tredje mulighed, nemlig at der opstar en serie af \ngre", som bevger sig skiftevis op og ned i retningen af sammenstdsfronten. Disse ngre er rektangulre, og afstanden mellem ngrene er meget stabil (se billedet). Pa trods af at fnomenet har vret kendt i et stykke tid, er det frst i februar i ar, at der kommet en teoretisk forklaring. Tidligere har man ment, at disse ngre var en speciel egenskab ved havis, men i en ny artikel af Vella og Wettlaufer [2] har de i et eksperiment fundet samme eekt med voks pa en vandoverade. En vigtig parameter har vist sig at vre tykkelsen af pladerne, der stder sammen { kun ved to plader af 10

8 Gamma 146 Nyheder og meddelelser samme tykkelse kan man forvente at se eekten. Plader af samme tykkelse forekommer i havis, nar en isplade bryder op og senere stder sammen igen. Nar to lige tykke isfronter stder Billede fra sydpolen af ngrene [1]. sammen, begge med sma uregelmssigheder pa kanterne, vil den ene isfront begynde at synke ned under den anden. Vella og Wettlaufer's teori behandler isaderne som elastiske ader, og pladerne deformeres derfor rundt om uregelmssighederne. Den ene plade vil blive hvet pa grund af den strre opdrift der fremkommer, nar der er to plader under hinanden. Omvendt vil den underliggende plade fle den ekstra vgt fra den ovenliggende plade og derfor synke yderligere. Da pladen er elastisk, vil der ud fra uregelmssigheden altsa blive udviklet en serie af blger langs sammenstdsfronten. Hvis begge plader har samme tykkelse, vil blgerne fra hver side af sammenstdsfronten have samme blgelngde og omvendt fase, da den ene plade vil bule ned i et berringspunkt, hvor den anden plade buler op. Dette giver anledning til rifter, der udvikler sig vinkelret pa sammenstdsfronten, og stykker mellem disse rifter vil sa bevge sig henholdsvis under og over den anden plade og pa denne made danne ngrene. Da fremkomsten af ngre viste sig ikke at vre en speciel egenskab ved havis, mener forskerne ogsa, at der er en mulighed for at se fnomenet ved sammenstd af tektoniske plader. Nogle geofysikere mener da ogsa, at de har fundet disse ngre i kontinental strrelsesorden. [1] [2] Finger Rafting: A Generic Instability of Floating Elastic Sheets, Dominic Vella and J. S. Wettlaufer, Phys. Rev. Lett. 98, TJ 11