Сайт переехал physreal.com

Наблюдается и интерференция электронов в металлических проводниках [1]: если разделить электронный пучок от одного источника S на две части, а затем опять свести их воедино, то при наличии магнитного поля фазы "электронных волн" (строго говоря – квантовых амплитуд вероятности), распространяющихся разными путями, изменятся по-разному. В зависимости от разности набежавших фаз (определяемых величиной потока магнитного поля F через площадь контура, образованного траекториями электронов при их движении от источника к стоку), эти волны могут интерферировать как "конструктивно", так и "деструктивно". Поэтому сила тока I после воссоединения двух "половинок" пучка является периодической функцией F (см. рис.1а).

Рис.1. a Схематическое изображение "одноэлектронного интерферометра". S – источник, D – сток. F – поток магнитного поля через площадь контура, образованного двумя различными путями электронов от источника к стоку. χ₁ и χ₂ – изменения фазы электронной волновой функции на этих путях (χ₁-χ₂ ~ F). I – сила тока в контакте D.

А будут ли интерферировать электроны от двух различных источников? Ведь если каждому электрону отвечает своя "волна материи", не зависящая от волн других электронов, то интерференционной картинки можно и не получить.  Теория утверждает, что интерференция должна иметь место и в этом случае: согласно фундаментальному постулату квантовой механики, все электроны во Вселенной (как и любые элементарные частицы одного сорта) полностью идентичны и описываются одной и той же "волной материи", как бы связывающей их невидимой нитью. Но теория теорией, а наблюдать интерференцию электронов от разных источников на эксперименте долгое время не удавалось из-за технических сложностей. Первой здесь преуспела команда из Израиля (Weizmann Institute of Science) и Южной Кореи (Pusan National University), которая изготовила "двухэлектронный интерферометр" на основе двумерного электронного газа в гетероструктуре GaAs/AlGaAs [2]. За основу была взята идея, предложенная недавно в работе [3]: электронные пучки от двух источников S₁ и S₂ расщепляются на две части (каждый) так, что любая из четырех чаcтей может достичь одного из двух стоков D₁ и D₂, но при этом две "половинки" одного пучка соединяются не друг с другом, а только с "половинками" другого пучка. Средние величины силы тока <I₁> и <I₂> в контактах D₁ и D₂ равны нулю, так как фазы "электронных волн" в источниках S₁ и S₂ не коррелированы. А вот коррелятор <I₁I₂>, в который случайные фазы входят с противоположным знаком, оказывается периодической функцией потока F (см. рис.1b) – в полном соответствии с теорией.

Рис.1 b. Схематическое изображение "двухэлектронного интерферометра". S₁ и S₂ – источники, D₁ и D₂ – стоки, F – поток магнитного поля. χ₁, χ₂, χ₃ и χ₄ – изменения фазы на различных путях. По вертикальной оси отложен коррелятор <I₁I₂>-<I₁><I₂> силы тока через контакты D₁ и D₂.

Таким образом (в который уже раз!) подтверждена справедливость квантового описания Природы. Интересно, что наблюдавшаяся в [3] "двухчастичная интерференция" имеет место для электронов, которые до этого никогда друг с другом не взаимодействовали. Эффекты такого рода уже предложено использовать для когерентного контроля многочастичных квантовых состояний [4].

1. R.A. Webb et al., Phys. Rev. Lett. 54, 2696 (1985).

2. I. Neder et al., Nature 448, 333 (2007).

3. P. Samuelsson et al., Phys. Rev. Lett. 92, 026805 (2004).

4. M. Kindermann, Nature 448, 262 (2007).