V dosud největším testu fyzici objevili klíčový paradox v kvantové mechanice a zjistili, že přetrvává i pro mraky o stovkách atomů.
Pomocí dvou propletených Bose-Einsteinových kondenzátů, z nichž každý se skládá ze 700 atomů, tým fyziků pod vedením Paola Colciaghiho a Yvana Li z Basilejské univerzity ve Švýcarsku ukázal, že Einstein-Podolsky-Rosenův paradox (EPR) jít nahoru.
Vědci tvrdí, že to má důležité důsledky pro kvantovou metrologii – studium měření věcí v rámci kvantové teorie.
„Naše výsledky představují první pozorování EPR paradoxu s více prostorově oddělenými systémy masivních částic.“ píší výzkumníci ve svém článku.
„Ukazují, že konflikt mezi kvantovou mechanikou a lokálním realismem nezmizí, když se velikost systému zvětší na více než tisíc hmotných částic.“
Přestože jsme velmi dobří v matematickém popisu vesmíru, naše chápání toho, jak věci fungují, je přinejlepším nejednotné.
Jedním z nástrojů, který používáme k vyplnění mezery, je kvantová mechanika, teorie, která vznikla na počátku 20. Obhájil jej fyzik Niels Bohr, k popisu chování atomární a subatomární hmoty. V tomto malém světě se klasická fyzika hroutí; Když přestanou platit stará pravidla, je třeba stanovit pravidla nová.
Ale kvantová mechanika není bez chyb a v roce 1935 našli tři slavní fyzici velkou mezeru. Albert Einstein, Boris Podolsky a Nathan Rosen popsali slavný paradox Einstein-Podolsky-Rosen.
Nic nemůže cestovat rychleji než světlo, že? S kvantovým zapletením, které Einstein nazval „děsivým působením na dálku“, je to ale trochu složitější. Zde spojujete dvě (nebo více) částic tak, aby jejich vlastnosti souvisely; Pokud se například jedna částice otáčí jedním směrem, druhá se otáčí druhým.
Tyto částice si tuto asociaci udržují i na velké vzdálenosti a není jasné jak a proč. Vědci vědí, že pokud změříte vlastnosti jedné částice, můžete odvodit vlastnosti druhé částice, a to i na tuto vzdálenost.
V rámci kvantové mechaniky však částice nebude mít tyto vlastnosti, dokud ji nezměříte (zvláštnost, kterou prozkoumal Schrödingerův myšlenkový experiment).
A v rámci kvantové mechaniky, pokud znáte jednu konkrétní vlastnost částice, jako je její umístění, nemůžete s jistotou znát jinou, jako je její hybnost. To je Heisenbergův princip neurčitosti.
koncept klasické fyziky místní realismus Také uvádí, že aby jedna věc nebo energie ovlivnila jinou, musí se tyto dvě vzájemně ovlivňovat.
Paradox EPR je tedy komplexní. Když měříte jednu částici v propleteném systému, toto měření nějak ovlivní druhou částici, i když měření neprobíhá lokálně.
Také víte o částicích více, než je povoleno podle Heisenbergova principu nejistoty. A nějak se ten efekt děje okamžitě a vzdoruje rychlosti světla.
Paradox EPR tedy ukazuje, že teorie kvantové mechaniky je neúplná; Nepopisuje plně realitu vesmíru, ve kterém žijeme. Fyzici to většinou testovali na malých, propletených systémech, složených z páru atomů nebo fotonů, často v tom, co je známé jako Bellův test (po jeho vymazání fyzik John Stewart Bell).
Dosud každý test, který Bell provedl, zjistil, že skutečný svět se chová způsobem, který odporuje místnímu realismu. Ale jak hluboký je tento paradox?
No a tam se dostáváme k Bose-Einsteinovým kondenzátům, což jsou stavy hmoty vzniklé ochlazením oblaku bosonů na zlomek nad absolutní nulou. Při takto nízkých teplotách atomy klesají na nejnižší možný energetický stav, aniž by se úplně zastavily.
Když dosáhnete těchto nižších energií, kvantové vlastnosti částic se nemohou vzájemně rušit; Dostanou se k sobě dostatečně blízko, aby se vzájemně rušily, což má za následek oblak atomů s vysokou hustotou, který se chová jako jeden „superatom“ nebo vlna hmoty.
Colciaggi, Lee a kolegové fyzikové Philipp Treutlin a Tilmann Ziebold, rovněž z univerzity v Basileji, vytvořili Bose-Einsteinovy kondenzáty pomocí dvou mraků, z nichž každý sestával ze 700 atomů rubidia-87. Tyto kondenzáty prostorově oddělili až na 100 mikrometrů a měřili vlastnosti.
Měřili kvantové vlastnosti kondenzátů známých jako pseudospiny, nezávisle na tom, jakou hodnotu měřit pro každý oblak.
Zjistili, že vlastnosti kondenzátorů se zdají korelovat způsobem, který nelze přisuzovat náhodné náhodě, což dokazuje, že EPR paradox je konzistentní v mnohem větším měřítku než předchozí Bellovy testy.
Důsledky zjištění týmu jsou vysoce relevantní pro budoucí kvantový výzkum.
„Náš experiment je vhodný zejména pro aplikace kvantového měření. Jeden by mohl například použít jeden ze dvou systémů jako mikrosenzor pro sondování polí a sil s vysokým prostorovým rozlišením a druhý jako referenční pro redukci kvantového šumu pro první systém.“ “ píší výzkumníci ve svém článku.
„Demonstrace zapletení EPR v kombinaci s prostorovou separací a individuální adresovatelností příslušných systémů je nejen důležitá ze základního hlediska, ale také poskytuje nezbytné ingredience pro využití zapletení EPR v mnoha částicových systémech jako zdroje.“
Nyní si dejte šálek čaje a posaďte se. Máš to.
Výzkum publikovaný v X fyzická recenze.
„Hudební učenec. Spisovatel. Zlý slanina evangelista. Hrdý twitter narkoman. Myslitel. Milovník internetu. Jemně okouzlující hráč.“
