Fizycy przeprowadzili największy jak dotąd test paradoksu Einsteina-Podolskiego-Rosena: ScienceAlert

W największym jak dotąd teście fizycy odkryli kluczowy paradoks w mechanice kwantowej i stwierdzili, że utrzymuje się on nawet w obłokach setek atomów.

Używając dwóch splątanych kondensatów Bosego-Einsteina, z których każdy składa się z 700 atomów, zespół fizyków kierowany przez Paolo Colciaghiego i Yvana Li z Uniwersytetu w Bazylei w Szwajcarii wykazał, że Paradoks Einsteina-Podolskiego-Rosena (EPR) wchodzić.

Naukowcy twierdzą, że ma to ważne implikacje dla metrologii kwantowej — nauki o mierzeniu rzeczy w ramach teorii kwantowej.

„Nasze wyniki stanowią pierwszą obserwację paradoksu EPR z wieloma przestrzennie oddzielonymi systemami masywnych cząstek”. piszą naukowcy w swoim artykule.

„Pokazują, że konflikt między mechaniką kwantową a lokalnym realizmem nie znika, gdy rozmiar układu wzrasta do ponad tysiąca masywnych cząstek”.

Chociaż jesteśmy bardzo dobrzy w matematycznym opisywaniu wszechświata, nasze zrozumienie tego, jak to wszystko działa, jest w najlepszym przypadku niejednolite.

Jednym z narzędzi, których używamy do wypełnienia luki, jest mechanika kwantowa, teoria, która powstała na początku XX wieku, Jej bronił fizyk Niels Bohr, aby opisać zachowanie materii atomowej i subatomowej. W tym małym świecie fizyka klasyczna załamuje się; Kiedy stare zasady przestają obowiązywać, należy ustanowić nowe zasady.

Ale mechanika kwantowa nie jest pozbawiona wad, aw 1935 roku trzech znanych fizyków odkryło dużą lukę. Albert Einstein, Borys Podolski i Nathan Rosen opisali słynny paradoks Einsteina-Podolskiego-Rosena.

Nic nie może podróżować szybciej niż światło, prawda? Ale staje się to trochę trudne w przypadku splątania kwantowego, które Einstein nazwał „przerażającym działaniem na odległość”. W tym miejscu łączysz dwie (lub więcej) cząstki, tak aby ich właściwości były powiązane; Jeśli na przykład jedna cząstka obraca się w jednym kierunku, druga obraca się w drugim.

Cząstki te utrzymują to powiązanie nawet na duże odległości i nie jest jasne, jak i dlaczego. Naukowcy wiedzą, że jeśli zmierzysz właściwości jednej cząstki, możesz wywnioskować właściwości drugiej cząstki, nawet z tej odległości.

Jednak w mechanice kwantowej cząstka nie będzie miała tych właściwości, dopóki jej nie zmierzysz (osobliwość, która została zbadana w eksperymencie myślowym Schrödingera).

A w mechanice kwantowej, jeśli znasz jedną szczególną właściwość cząstki, taką jak jej położenie, nie możesz z całą pewnością poznać innej, takiej jak jej pęd. To jest zasada nieoznaczoności Heisenberga.

pojęcie fizyki klasycznej lokalny realizm Stwierdza również, że aby jedna rzecz lub energia wpływała na inną, obie muszą oddziaływać.

Zatem paradoks EPR jest złożony. Kiedy mierzysz jedną cząstkę w splątanym układzie, pomiar ten w jakiś sposób wpływa na drugą cząstkę, nawet jeśli pomiar nie jest wykonywany lokalnie.

Wiesz też o cząstkach więcej, niż pozwala na to zasada nieoznaczoności Heisenberga. I w jakiś sposób ten efekt pojawia się natychmiast, przeciwstawiając się prędkości światła.

Tak więc paradoks EPR wskazuje, że teoria mechaniki kwantowej jest niekompletna; Nie opisuje w pełni rzeczywistości wszechświata, w którym żyjemy. Fizycy testowali to głównie na małych, splątanych układach, składających się z pary atomów lub fotonów, często w tak zwanym teście Bella (po jego usunięciu fizyk John Stewart Bell).

Do tej pory każdy test, który przeprowadził Bell, wykazał, że rzeczywisty świat zachowuje się w sposób sprzeczny z lokalnym realizmem. Ale jak głęboki jest ten paradoks?

No i tu dochodzimy do kondensatów Bosego-Einsteina, czyli stanów materii powstałych w wyniku schłodzenia chmury bozonów do ułamka powyżej zera bezwzględnego. W tak niskich temperaturach atomy opadają do najniższego możliwego stanu energetycznego bez całkowitego zatrzymania.

Kiedy osiągniesz te niższe energie, właściwości kwantowe cząstek nie mogą ze sobą interferować; Zbliżają się do siebie wystarczająco blisko, aby w pewnym sensie interferować, w wyniku czego powstaje chmura atomów o dużej gęstości, która zachowuje się jak pojedynczy „superatom” lub fala materii.

Colciaggi, Lee i inni fizycy Philipp Treutlin i Tilmann Ziebold, również z Uniwersytetu w Bazylei, wytworzyli kondensaty Bosego-Einsteina przy użyciu dwóch chmur, z których każda składa się z 700 atomów rubidu-87. Przestrzennie oddzielili te kondensaty nawet o 100 mikrometrów i zmierzyli właściwości.

Zmierzyli właściwości kwantowe kondensatów znanych jako pseudospiny, niezależnie wybierając wartość do zmierzenia dla każdej chmury.

Odkryli, że właściwości kondensatorów wydają się być skorelowane w sposób, którego nie można przypisać przypadkowości, co pokazuje, że paradoks EPR jest spójny na znacznie większą skalę niż poprzednie testy Bella.

Implikacje odkryć zespołu są bardzo istotne dla przyszłych badań kwantowych.

„Nasz eksperyment jest szczególnie odpowiedni do zastosowań w pomiarach kwantowych. Można na przykład użyć jednego z dwóch systemów jako mikroczujnika do sondowania pól i sił z dużą rozdzielczością przestrzenną, a drugiego jako odniesienia do redukcji szumów kwantowych dla pierwszego systemu. ” piszą naukowcy w swoim artykule.

„Wykazanie splątania EPR w połączeniu z separacją przestrzenną i indywidualną adresowalnością zaangażowanych systemów jest nie tylko ważne z fundamentalnego punktu widzenia, ale także dostarcza niezbędnych składników do wykorzystania splątania EPR w wielu systemach cząstek jako zasobu”.

A teraz idź napić się herbaty i usiąść. Masz to.

Badania opublikowane w X fizyczny przegląd.