Физиците проведоха най-големия досега тест на парадокса на Айнщайн-Подолски-Розен: ScienceAlert

В най-големия досега тест физиците откриха ключов парадокс в квантовата механика и откриха, че той продължава да съществува дори за облаци от стотици атоми.

Използвайки два заплетени кондензата на Бозе-Айнщайн, всеки от които се състои от 700 атома, екип от физици, ръководен от Паоло Колчиаги и Евън Ли от университета в Базел в Швейцария, показа, че Парадокс на Айнщайн-Подолски-Розен (EPR) върви нагоре.

Изследователите казват, че това има важни последици за квантовата метрология – изследването на измерването на нещата според квантовата теория.

„Нашите резултати представляват първото наблюдение на EPR парадокса с множество пространствено разделени системи от масивни частици.“ пишат изследователите в статията си.

„Те показват, че конфликтът между квантовата механика и локалния реализъм не изчезва, когато размерът на системата се увеличи до повече от хиляда масивни частици.“

Въпреки че сме много добри в математическото описване на вселената, нашето разбиране за това как работят нещата е в най-добрия случай неравномерно.

Един от инструментите, които използваме, за да запълним празнината, е квантовата механика, теория, възникнала в началото на 20 век, Тя беше защитена от физика Нилс Бор, за да опише поведението на атомната и субатомната материя. В този малък свят класическата физика се разпада; Когато старите правила вече не са приложими, трябва да се установят нови правила.

Но квантовата механика не е лишена от недостатъци и през 1935 г. трима известни физици откриват голяма празнина. Алберт Айнщайн, Борис Подолски и Нейтън Розен описаха известния парадокс Айнщайн-Подолски-Розен.

Нищо не може да пътува по-бързо от светлината, нали? Но става малко трудно с квантовото заплитане, което Айнщайн нарича „плашещо действие от разстояние“. Това е мястото, където свързвате две (или повече) частици, така че техните свойства да са свързани; Ако например едната частица се върти в една посока, другата се върти в другата.

Тези частици поддържат тази връзка дори на големи разстояния и не е ясно как и защо. Учените знаят, че ако измерите свойствата на една частица, можете да направите извод за свойствата на другата частица, дори на това разстояние.

Въпреки това, съгласно квантовата механика, една частица няма да има тези свойства, докато не я измерите (странност, която беше изследвана от мисловния експеримент на Шрьодингер).

И според квантовата механика, ако знаете едно конкретно свойство на частица, като нейното местоположение, не можете да знаете друго, като нейния импулс, с някаква сигурност. Това е принципът на неопределеността на Хайзенберг.

концепция на класическата физика локален реализъм Той също така гласи, че за да може едно нещо или енергия да повлияе на друго, двете трябва да си взаимодействат.

Следователно парадоксът на EPR е сложен. Когато измервате една частица в заплетена система, това измерване по някакъв начин засяга другата частица, въпреки че измерването не се извършва локално.

Освен това знаете повече за частиците, отколкото е позволено според принципа на несигурността на Хайзенберг. И по някакъв начин този ефект се случва мигновено, противопоставяйки се на скоростта на светлината.

Така парадоксът на EPR показва, че теорията на квантовата механика е непълна; Тя не описва напълно реалността на вселената, в която живеем. Физиците са го тествали предимно върху малки, заплетени системи, съставени от двойка атоми или фотони, често в това, което е известно като тест на Бел (след изтриването му, физикът Джон Стюарт Бел).

Досега всеки тест, който Бел е провел, е установил, че реалният свят се държи по начин, който противоречи на местния реализъм. Но колко дълбок е този парадокс?

Е, това е мястото, където стигаме до кондензатите на Бозе-Айнщайн, които са състояния на материята, създадени чрез охлаждане на облак от бозони до част над абсолютната нула. При такива ниски температури атомите потъват до възможно най-ниското си енергийно състояние, без да спрат напълно.

Когато достигнете тези по-ниски енергии, квантовите свойства на частиците не могат да си пречат една на друга; Те се приближават достатъчно един до друг, за да си взаимодействат, което води до облак с висока плътност от атоми, който се държи като единичен „супер-атом“ или вълна от материя.

Colciaggi, Lee и колегите физици Philipp Treutlin и Tilmann Ziebold, също от университета в Базел, произвеждат кондензати на Бозе-Айнщайн, използвайки два облака, всеки от които се състои от 700 атома рубидий-87. Те разделят пространствено тези кондензати с до 100 микрометра и измерват свойствата.

Те измерват квантовите свойства на кондензатите, известни като псевдоспини, като независимо избират коя стойност да измерват за всеки облак.

Те откриха, че свойствата на кондензаторите изглеждат корелирани по начин, който не може да се припише на случайна случайност, демонстрирайки, че EPR парадоксът е последователен в много по-голям мащаб от предишните тестове на Bell.

Последиците от констатациите на екипа са много важни за бъдещи квантови изследвания.

„Нашият експеримент е особено подходящ за приложения за квантово измерване. Човек може например да използва една от двете системи като микросензор за сондиране на полета и сили с висока пространствена разделителна способност, а другата като референтна за намаляване на квантовия шум за първата система. “ пишат изследователите в статията си.

„Демонстрирането на заплитане на EPR в комбинация с пространственото разделяне и индивидуалната адресируемост на включените системи е не само важно от фундаментална гледна точка, но също така осигурява необходимите съставки за използване на заплитането на EPR в много системи от частици като ресурс.“

Сега отидете да изпиете чаша чай и седнете. Имате го.

Изследване, публикувано в X физически преглед.