Iki šiol didžiausio bandymo metu fizikai atrado pagrindinį kvantinės mechanikos paradoksą ir nustatė, kad jis išlieka net šimtų atomų debesims.

Naudodama du susipynusius Bose-Einstein kondensatus, kurių kiekvienas susideda iš 700 atomų, fizikų komanda, vadovaujama Paolo Colciaghi ir Evano Li iš Bazelio universiteto Šveicarijoje, parodė, kad Einšteino-Podolskio-Roseno paradoksas (EPR) pakilti.

Tyrėjai teigia, kad tai turi svarbių pasekmių kvantinei metrologijai – dalykų matavimo tyrimui pagal kvantinę teoriją.

„Mūsų rezultatai yra pirmasis EPR paradokso stebėjimas su daugybe erdviškai atskirtų masyvių dalelių sistemų.” tyrėjai rašo savo darbe.

„Jie rodo, kad konfliktas tarp kvantinės mechanikos ir vietinio realizmo neišnyksta, nes sistemos dydis padidėja iki daugiau nei tūkstančio masyvių dalelių.

Nors mes labai gerai mokame apibūdinti visatą matematiškai, mūsų supratimas apie tai, kaip viskas veikia, geriausiu atveju yra nevienodas.

Viena iš įrankių, kurią naudojame spragai užpildyti, yra kvantinė mechanika, teorija, kilusi XX amžiaus pradžioje. Jį gynė fizikas Nielsas Bohras, apibūdinti atominės ir subatominės medžiagos elgseną. Šiame mažame pasaulyje klasikinė fizika žlunga; Kai senos taisyklės nebegalioja, turi būti nustatytos naujos taisyklės.

Tačiau kvantinė mechanika neapsieina be trūkumų, ir 1935 metais trys garsūs fizikai aptiko didelę spragą. Albertas Einšteinas, Borisas Podolskis ir Natanas Rosenas aprašė garsųjį Einšteino-Podolskio-Roseno paradoksą.

Niekas negali keliauti greičiau už šviesą, tiesa? Tačiau tai tampa šiek tiek sudėtinga dėl kvantinio įsipainiojimo, kurį Einšteinas pavadino „bauginančiu veiksmu per atstumą“. Čia sujungiate dvi (ar daugiau) daleles, kad jų savybės būtų susietos; Jei, pavyzdžiui, viena dalelė sukasi viena kryptimi, tai kita sukasi kita.

Šios dalelės palaiko šią asociaciją net dideliais atstumais, ir neaišku, kaip ir kodėl. Mokslininkai žino, kad jei išmatuosite vienos dalelės savybes, galėsite daryti išvadą apie kitos dalelės savybes net tokiu atstumu.

Tačiau pagal kvantinę mechaniką dalelė neturės tų savybių, kol jos neišmatuosite (keistybė, kurią ištyrė Schrödingerio minties eksperimentas).

Ir pagal kvantinę mechaniką, jei žinote vieną konkrečią dalelės savybę, pavyzdžiui, jos vietą, negalite tiksliai žinoti kitos, pavyzdžiui, jos impulso. Tai yra Heisenbergo neapibrėžtumo principas.

klasikinės fizikos samprata vietinis realizmas Taip pat teigiama, kad tam, kad vienas dalykas ar energija paveiktų kitą, jie turi sąveikauti.

Taigi EPR paradoksas yra sudėtingas. Kai matuojate vieną dalelę įsipainiojusioje sistemoje, šis matavimas kažkaip paveikia kitą dalelę, net jei matavimas nėra atliekamas lokaliai.

Jūs taip pat žinote daugiau apie daleles, nei leidžiama pagal Heisenbergo neapibrėžtumo principą. Ir kažkaip tas efektas atsiranda akimirksniu, nepaisydamas šviesos greičio.

Taigi EPR paradoksas rodo, kad kvantinės mechanikos teorija yra neišsami; Tai nevisiškai apibūdina visatos, kurioje gyvename, tikrovę. Fizikai dažniausiai jį išbandė mažose, susipynusiose sistemose, sudarytose iš poros atomų arba fotonų, dažnai taikant vadinamąjį Bell testą (po jo ištrynimo, fizikas Johnas Stewartas Bellas).

Iki šiol kiekvienas Bell atliktas testas atskleidė, kad realus pasaulis elgiasi taip, kad prieštarautų vietiniam realizmui. Tačiau kiek gilus šis paradoksas?

Na, čia mes pasiekiame Bose-Einstein kondensatus, kurie yra materijos būsenos, susidarančios atšaldžius bozonų debesį iki dalies virš absoliutaus nulio. Esant tokioms žemoms temperatūroms, atomai nugrimzta į žemiausią įmanomą energijos būseną visiškai nesustodami.

Kai pasiekiate šias žemesnes energijas, dalelių kvantinės savybės negali trukdyti viena kitai; Jie priartėja pakankamai arti vienas kito, kad galėtų trukdyti, todėl susidaro didelio tankio atomų debesis, kuris elgiasi kaip vienas „superatomas“ arba materijos banga.

Colciaggi, Lee ir kiti fizikai Philippas Treutlinas ir Tilmannas Zieboldas, taip pat iš Bazelio universiteto, pagamino Bose-Einstein kondensatus naudodami du debesis, kurių kiekvienas susideda iš 700 rubidžio-87 atomų. Šiuos kondensatus jie erdviškai atskyrė iki 100 mikrometrų ir išmatavo savybes.

Jie išmatavo kondensatų, vadinamų pseudospinais, kvantines savybes, nepriklausomai pasirinkdami, kurią vertę matuoti kiekvienam debesiui.

Jie nustatė, kad kondensatorių savybės yra koreliuojamos tokiu būdu, kurio negalima priskirti atsitiktinumui, o tai rodo, kad EPR paradoksas yra nuoseklus daug didesniu mastu nei ankstesni Bell bandymai.

Komandos išvadų pasekmės yra labai svarbios būsimiems kvantiniams tyrimams.

„Mūsų eksperimentas ypač tinka kvantiniams matavimams. Pavyzdžiui, vieną iš dviejų sistemų būtų galima naudoti kaip mažą jutiklį laukams ir didelės erdvinės skiriamosios gebos zondavimui, o kitą – kaip pirmosios sistemos kvantinio triukšmo mažinimo etaloną. “. tyrėjai rašo savo darbe.

„Parodyti EPR įsipainiojimą kartu su erdviniu atskyrimu ir susijusių sistemų individualiu adresu yra svarbu ne tik iš esmės, bet ir yra būtinų sudedamųjų dalių, kad būtų galima panaudoti EPR įsipainiojimą daugelyje dalelių sistemų kaip išteklius.

Dabar išgerk arbatos ir atsisėsk. Turite tai.

Tyrimas, paskelbtas m X fizinė peržiūra.