Fizicienii „încurcă” doi atomi în mișcare, validând o teorie cuantică
Pentru prima dată, cercetătorii au reușit să observe inseparabilitatea cuantică în mișcarea fizică a atomilor, validând astfel un fenomen descris de Albert Einstein ca „acțiune fantomatică la distanță”. Această realizare a fost făcută prin experimentul care implică perechi de atomi de heliu ultrareci, corelate cuantic prin impulsul lor, care descrie viteza și direcția de mișcare a particulelor.
Inseparabilitatea cuantică este o trăsătură fascinantă a mecanicii cuantice, care implică faptul că măsurarea unei particule influențează instantaneu cealaltă particulă corelată. Această corelare a fost demonstrată anterior pentru fotoni și stările interne de spin ale atomilor, dar nu și pentru mișcarea particulelor cu masă, ceea ce face această descoperire semnificativă. Atomii, spre deosebire de fotoni, sunt influențați de gravitație, ceea ce deschide perspective pentru dezvoltarea unor senzori cuantici extrem de preciși.
Experimentul realizat de cercetători
Pentru a realiza experimentul, echipa a ales heliul datorită capacității sale de a fi menținut într-o stare excitată stabilă pentru o perioadă îndelungată. Această caracteristică permite detectarea individuală a atomilor și reconstruirea impulsului sistemului cu o mare precizie. Cercetătorii au început de la un nor de heliu răcit aproape de zero absolut, unde atomii, încetinit, devin parte dintr-un condensat Bose-Einstein.
Prin utilizarea impulsurilor laser calibrate, cercetătorii au împărțit condensatul în trei grupuri și au creat perechi corelate de atomi care au interacționat. Aceste perechi au fost observate formând halouri de împrăștiere, demonstrând corelațiile cuantice. O metodă inovatoare, interferometrul Rarity-Tapster, a fost folosită pentru a valida aceste corelații, arătând că interferența dintre atomi apare doar în cazul unei suprapuneri reale de stări, confirmând astfel natura lor cuantică.
Perspectivele viitoare ale cercetării
Rezultatele experimentului au fost obținute după o lună de colectare a datelor și o pregătire experimentală care a durat aproape un an. „Acesta a fost un obiectiv al laboratorului nostru timp de aproape 20 de ani, iar realizarea sa este extrem de entuziasmantă”, a declarat Sean Hodgman de la Australian National University, subliniind importanța acestei descoperiri în validarea teoriei cuantice.
Fizicienii încurcă doi atomi în mișcare, validând o teorie cuantică
Pentru prima dată, o echipă de fizicieni a reușit să „încurce” doi atomi în mișcare, o realizare care vine în sprijinul predicțiilor existente în fizica cuantică. Această descoperire subliniază natura complexă și contraintuitivă a comportamentului atomic, care nu poate fi ușor înțeleasă prin prisma gândirii noastre obișnuite.
„Creierul nostru nu este pregătit să proceseze astfel de fenomene. La scară mică, atomii nu sunt bile solide, ci apar ca niște entități difuze. Și asta este extrem de ciudat”, a declarat unul dintre cercetători.
Echipa de cercetare lucrează acum la o versiune avansată a experimentului, care ar implica ciocnirea a doi izotopi de heliu, heliu-3 și heliu-4, pentru a obține perechi corelate simultan prin impuls și masă. Această abordare ar putea prezenta provocări semnificative pentru teoriile actuale despre gravitația cuantică.
„Din perspectiva gravitației cuantice, nici nu e clar cum ai descrie matematic un asemenea sistem. Nu poate fi explicat în cadrul relativității generale. Astfel de stări reprezintă o provocare reală pentru viitoarele teorii ale gravitației cuantice”, a adăugat cercetătorul Hodgman.
Studiul a fost publicat în revista Nature Communications, marcând o etapă importantă în înțelegerea comportamentului atomic și a fundamentelor teoriei cuantice.
