Fizicienii au efectuat cel mai mare test vreodată al paradoxului Einstein-Podolsky-Rosen: ScienceAlert

În cel mai mare test de până acum, fizicienii au descoperit un paradox cheie în mecanica cuantică și au descoperit că acesta persistă chiar și pentru nori de sute de atomi.

Folosind două condensate Bose-Einstein încurcate, fiecare constând din 700 de atomi, o echipă de fizicieni condusă de Paolo Colciaghi și Yvan Li de la Universitatea din Basel din Elveția a arătat că Paradoxul Einstein-Podolsky-Rosen (EPR) dute sus.

Cercetătorii spun că acest lucru are implicații importante pentru metrologia cuantică – studiul măsurării lucrurilor în teoria cuantică.

„Rezultatele noastre reprezintă prima observație a paradoxului EPR cu mai multe sisteme de particule masive separate spațial”. cercetătorii scriu în lucrarea lor.

„Ele arată că conflictul dintre mecanica cuantică și realismul local nu dispare pe măsură ce dimensiunea sistemului crește la mai mult de o mie de particule masive”.

Deși suntem foarte buni în a descrie universul matematic, înțelegerea noastră a modului în care funcționează lucrurile este în cel mai bun caz neregulată.

Unul dintre instrumentele pe care le folosim pentru a completa un gol este mecanica cuantică, o teorie care a apărut la începutul secolului al XX-lea, A fost apărat de fizicianul Niels Bohr, pentru a descrie comportamentul materiei atomice și subatomice. În această lume mică, fizica clasică se defectează; Când regulile vechi nu se mai aplică, trebuie stabilite reguli noi.

Însă mecanica cuantică nu este lipsită de defecte, iar în 1935, trei fizicieni celebri au găsit un mare decalaj. Albert Einstein, Boris Podolsky și Nathan Rosen au descris faimosul paradox Einstein-Podolsky-Rosen.

Nimic nu poate călători mai repede decât lumina, nu? Însă devine puțin complicat cu întanglementarea cuantică, pe care Einstein a numit-o „acțiune înfricoșătoare la distanță”. Aici conectați două (sau mai multe) particule, astfel încât proprietățile lor să fie legate; Dacă, de exemplu, o particulă se rotește într-o direcție, cealaltă se rotește în cealaltă.

Aceste particule mențin această asociere chiar și pe distanțe mari și nu este clar cum sau de ce. Oamenii de știință știu că dacă măsurați proprietățile unei particule, puteți deduce proprietățile celeilalte particule, chiar și la acea distanță.

Cu toate acestea, în mecanica cuantică, o particulă nu va avea acele proprietăți până când nu o măsurați (o ciudățenie care a fost explorată de experimentul de gândire Schrödinger).

Și în mecanica cuantică, dacă cunoașteți o anumită proprietate a unei particule, cum ar fi locația ei, nu puteți cunoaște alta, cum ar fi impulsul, cu nicio siguranță. Acesta este principiul de incertitudine al lui Heisenberg.

conceptul de fizică clasică realism local De asemenea, afirmă că pentru ca un lucru sau energie să afecteze pe altul, cei doi trebuie să interacționeze.

Astfel, paradoxul EPR este complex. Când măsurați o particulă într-un sistem încurcat, acea măsurătoare afectează cumva cealaltă particulă, chiar dacă măsurarea nu se face local.

De asemenea, știți mai multe despre particule decât este permis prin Principiul Incertitudinii al lui Heisenberg. Și cumva, acel efect se întâmplă instantaneu, sfidând viteza luminii.

Astfel, paradoxul EPR indică faptul că teoria mecanicii cuantice este incompletă; Nu descrie pe deplin realitatea universului în care trăim. Fizicienii l-au testat în mare parte pe sisteme mici, încurcate, formate dintr-o pereche de atomi sau fotoni, adesea, în ceea ce este cunoscut sub numele de testul Bell (după ștergerea acestuia, fizicianul John Stewart Bell).

Până acum, fiecare test pe care Bell a efectuat-o a constatat că lumea reală se comportă într-un mod care contrazice realismul local. Dar cât de adânc este acest paradox?

Ei bine, acolo ajungem la condensatele Bose-Einstein, care sunt stări ale materiei create prin răcirea unui nor de bozoni la o fracțiune peste zero absolut. La temperaturi atât de scăzute, atomii se scufundă la cea mai scăzută stare de energie posibilă fără a se opri complet.

Când atingeți aceste energii inferioare, proprietățile cuantice ale particulelor nu pot interfera unele cu altele; Se apropie suficient de aproape unul de celălalt pentru a interfera, rezultând un nor de atomi de mare densitate care se comportă ca un singur „super-atom” sau val de materie.

Colciaggi, Lee și colegii fizicieni Philipp Treutlin și Tilmann Ziebold, tot de la Universitatea din Basel, au produs condens Bose-Einstein folosind doi nori, fiecare constând din 700 de atomi de rubidio-87. Ei au separat spațial aceste condensate cu până la 100 de micrometri și au măsurat proprietățile.

Ei au măsurat proprietățile cuantice ale condensului cunoscut sub numele de pseudospinuri, alegând independent ce valoare să măsoare pentru fiecare nor.

Ei au descoperit că proprietățile condensatoarelor par a fi corelate într-un mod care nu poate fi atribuit întâmplării aleatorii, demonstrând că paradoxul EPR este consecvent la o scară mult mai mare decât testele Bell anterioare.

Implicațiile descoperirilor echipei sunt extrem de relevante pentru cercetările cuantice viitoare.

„Experimentul nostru este potrivit în special pentru aplicațiile de măsurare cuantică. S-ar putea, de exemplu, folosi unul dintre cele două sisteme ca microsenzor pentru sondarea câmpurilor și forțelor cu rezoluție spațială mare, iar celălalt ca referință pentru a reduce zgomotul cuantic pentru primul sistem. ” cercetătorii scriu în lucrarea lor.

„Demonstrarea încrucișării EPR în combinație cu separarea spațială și adresabilitatea individuală a sistemelor implicate nu este doar importantă din punct de vedere fundamental, ci oferă și ingredientele necesare pentru exploatarea încurcării EPR în multe sisteme de particule ca resursă”.

Acum du-te la o ceașcă de ceai și stai jos. Ai prins.

Cercetare publicată în X revizuire fizică.