Когда ученые измеряют чрезвычайно маленькие объекты, такие как наночастицы, они сталкиваются с трудной задачей: простое наблюдение за этими частицами вызывает у них беспокойство. Это происходит потому, что фотоны, частицы света, используемые для измерения, "отталкивают" крошечные частицы, с которыми они сталкиваются, - эффект, известный как "обратное воздействие".

В новом исследовании, опубликованном в Physical Review Research, команда из физического факультета университета выявила замечательную связь, которая работает в обоих направлениях.

Аспирант Университета Суонси Рафал Гаевски, первый автор исследования, сказал: "Наша работа показала, что если вы можете создать условия, при которых измерение становится невозможным, возмущение тоже исчезает".

"Используя полусферическое зеркало с частицей в центре, мы обнаружили, что при определенных условиях частица становится идентичной своему зеркальному отражению. Когда это происходит, вы не можете извлечь информацию о местоположении из рассеянного света, и в то же время квантовое обратное взаимодействие исчезает".

Этот прорыв таит в себе потенциал для целого ряда интересных применений, включая:

• Создание квантовых состояний с объектами, намного большими, чем атомы
• Тестирование фундаментальной квантовой физики в беспрецедентных масштабах
• Проведение экспериментов, которые исследуют границу между квантовой механикой и гравитацией
• Разработка сверхчувствительных датчиков для обнаружения крошечных сил

Эти результаты могут быть особенно ценными для таких амбициозных проектов, как MAQRO (макроскопические квантовые резонаторы), предполагаемая космическая миссия, целью которой является проверка квантовой физики на объектах большего размера, чем когда-либо прежде.

Доктор Джеймс Бейтман, который руководил исследованием, сказал: "Эта работа раскрывает нечто фундаментальное о взаимосвязи между информацией и возмущениями в квантовой механике. Что особенно удивительно, так это то, что обратное воздействие исчезает именно тогда, когда рассеяние света максимально - противоположно тому, что могла бы подсказать интуиция.

"Проектируя среду вокруг квантового объекта, мы можем контролировать, какая информация о нем доступна, и, следовательно, контролировать квантовый шум, который он испытывает. Это открывает новые возможности для квантовых экспериментов и потенциально более чувствительных измерений".

Команда работает над экспериментальными демонстрациями и изучает практические приложения, которые могли бы привести к созданию нового поколения квантовых датчиков.

Это исследование является частью растущей области "левитирующей оптомеханики", которая использует лазеры для подвешивания и управления крошечными частицами в вакууме; недавние эксперименты уже охладили частицы до их минимально возможного энергетического уровня - квантового основного состояния - показывая, насколько ученые могут контролировать эти системы.