Частица чувствует воздействие электромагнитного поля там, где оно равно нулю
Один из моих любимых квантовых эффектов. Для начала напомню, что когда заряженая частица движется в электромагнитном поле, она испытвает силы, которые изменяют ее движение. А что происходит когда поле равно нулю? Логично предположить, что частица летит без каких-то изменений. Но в квантовой физике это не так.
Представьте длинный соленоид (спираль из провода). Ток, текущий по нему, создает магнитное поле внутри. Снаружи это поле равно нулю и не действует напрямую на внешний мир. Тем не менее, когда электрон пролетает мимо соленоида, он испытывает задержку (приобретает фазу), которая зависит от магнитного поля. Как так получается?
Тут надо поговорить о понятии электромагнитного потенциала, который характеризует изменение электромагнитного поля со временем и расстоянием. Есть два потенциала: скалярный и векторный. Векторный потенциал может меняться в пространстве и времени. Магнитное поле задает угловую скорость вращения векторного потенциала. А электрическое поле — изменение векторного потенциала со временем и скалярного потенциала с расстоянием. Важный момент тут такой: потенциал может быть не равен нулю там, где поле равно нулю. В классической физике это не имеет значения. А вот в квантовой физике движение частице в потенциале приводит к замедлению частицы.
Окей, и что? Это вполне наблюдаемый эффект! В классическом двухщелевом эксперименте, где электрон, проходя через две щели, интерферирует сам с собой, эффект Ааронова-Бома меняет интерференционную картинку (картинка с иллюстрацией в комментах). Если поставить соленоид между двумя щелями, разные части волновой функции электрона приобретут разную фазу (задержку), что изменит интерференционную картинку.
Это наблюдается не только с электромагнитным полем! Недавно тот же эффект показали в эксперименте с гравитационным полем: облако атомов пропустили через две щели так, что один путь проходил ближе к массивному телу, чем другой. В результате один путь занимал чуть дольше времени (появлялась фаза) по сравнению с другим, что меняло интерфернционную картину.