Oamenii de știință au măsurat cât de repede se produce inseparabilitatea cuantică

Anul trecut, oamenii de știință de la Universitatea Tehnică din Viena (TU Wien), Austria, au studiat formarea inseparabilității cuantice la scară de atosecunde, oferind primele indicii despre cât de rapid se produce acest fenomen și contrazicând ideea de lungă durată conform căreia are loc instantaneu. Cât de repede se produce inseparabilitatea cuantică?

Fizica cuantică explorează universul straniu al atomilor și al particulelor subatomice, cum ar fi neutronii, fotonii și electronii. La aceste dimensiuni, timpul poate fi „negativ”, iar particulele pot exista simultan în două locuri, asemenea celebrului exemplu cu pisica lui Schrödinger, datorită superpoziției cuantice.

• O eroare în măsurarea supernovelor ar putea duce la rezolvarea misterului energiei întunecate
• O hartă genetică a bolii Alzheimer dezvăluie, în premieră, activitățile ascunse ale genelor

Un alt fenomen bizar observat la scară subatomică este inseparabilitatea cuantică. Atunci când două sau mai multe particule devin inseparabile, ele rămân legate între ele chiar și pe distanțe enorme, aparent fără legătură fizică. Asta înseamnă că măsurarea stării uneia dintre ele o influențează instantaneu pe cealaltă, indiferent cât de departe se află.

„Ai putea spune că particulele nu mai au proprietăți individuale, ci doar proprietăți comune. Din punct de vedere matematic, ele îi aparțin aceluiași sistem, chiar dacă se află în locuri complet diferite”, a declarat profesorul Joachim Burgdörfer, de la Institutul de Fizică Teoretică al TU Wien.

Cât de repede se produce inseparabilitatea cuantică?

Până de curând, se credea că aceasta apare instantaneu. Însă echipa coordonată de Burgdörfer a demonstrat că procesul nu este instantaneu, ci are loc la viteze uluitor de mari, atât de mari încât nu pot fi măsurate în secunde sau milisecunde, ci în atosecunde, adică a zecea la puterea minus 18 parte dintr-o secundă (1/1.000.000.000.000.000.000 secunde).

Pentru a afla cât de repede se produce inseparabilitatea cuantică între particule, cercetătorii au creat starea de inseparabilitate bombardând atomi cu un impuls laser de intensitate și frecvență extrem de ridicate. În urma acestui proces, un electron era expulzat din atom. Uneori, și un al doilea electron era influențat, trecând pe o orbită de energie mai mare, dar rămânând legat de nucleu.

„Putem arăta că acești doi electroni sunt acum inseparabili cuantic. Ei pot fi analizați doar împreună și dacă îl măsori pe unul dintre ei, afli informații și despre celălalt”, a explicat Burgdörfer, citat de IFL Science.

Un domeniu de studiu tot mai important

Folosind două fascicule laser, fizicienii au demonstrat că „momentul nașterii” electronului care părăsește atomul este conectat cu starea celui care rămâne. Deși momentul exact „nu poate fi cunoscut în mod absolut”, spune Burgdörfer, cercetarea sugerează că dacă atomul rămas se află într-o stare de energie mai mare, electronul expulzat a plecat mai devreme. Dacă energia atomului este mai mică, plecarea are loc mai târziu, în medie, după 232 de atosecunde.

„Electronul nu sare pur și simplu din atom. El se comportă ca o undă care se revarsă din atom, iar acest proces durează un anumit timp. Chiar în această fază se produce inseparabilitatea, al cărei efect poate fi apoi măsurat precis prin observarea celor doi electroni”, a explicat Iva Březinová, conferențiar la același institut.

Pe măsură ce lumea se îndreaptă spre o eră a calculului cuantic, înțelegerea naturii și a dinamicii inseparabilității devine tot mai importantă.

Studiul a fost publicat în revista Physical Review Letters.

Vă recomandăm să citiți și:

Oamenii de știință chinezi au detectat o reacție de fuziune a carbonului extrem de rară

Un studiu dezvăluie cum găurile negre pot fi folosite pentru coliziunea particulelor

Hidrogenul invizibil ar putea elucida secretele materiei întunecate

Oamenii de știință raportează prima observație a unei explozii de raze gamma provocată de un fulger