Un studiu a dovedit că particulele pot fi în două locuri simultan

Un studiu a dovedit că particulele pot fi în două locuri simultan. Fizicienii au atins un obiectiv urmărit de mult timp: au demonstrat inseparabilitatea cuantică folosind impulsul atomilor, nu doar stările lor interne. Deoarece impulsul poate fi influențat de gravitație, acest pas apropie știința de rezolvarea uneia dintre cele mai mari contradicții: incompatibilitatea dintre mecanica cuantică și relativitatea generală.

În mod obișnuit, inseparabilitatea cuantică (fenomenul prin care două particule rămân legate astfel încât modificarea uneia o afectează instantaneu pe cealaltă) a fost demonstrată fie cu fotoni (fără masă), fie folosind proprietăți interne ale particulelor, precum spinul. Aceste metode nu permit însă studierea directă a relației cu gravitația.

• Iată de ce râsul este contagios!
• Ceva ciudat se întâmplă cu spermatozoizii în microgravitație

Noutatea acestui experiment este că inseparabilitatea implică impulsul atomilor, o proprietate influențată de câmpurile gravitaționale. Acest lucru deschide calea pentru testarea interacțiunii dintre gravitație și fenomenele cuantice.

Particulele pot fi în două locuri simultan. Cum au testat cercetătorii acest lucru?

Echipa condusă de Sean Hodgman, de la Universitatea Națională Australiană, a răcit extrem doi nori de atomi de heliu până la starea de condensat Bose-Einstein, apoi i-a făcut să se ciocnească. În momentul întâlnirii, unele perechi de atomi au devenit inseparabile, deși fenomenul a fost rar, aproximativ o pereche per experiment.

În fizica clasică, două obiecte care se ciocnesc aleg o singură direcție. În mecanica cuantică însă, ele pot urma simultan mai multe direcții. Atunci când este măsurat impulsul unui atom, nu doar starea lui se „fixează”, ci și cea a partenerului inseparabil.

Pentru a observa efectul, cercetătorii au lăsat atomii să cadă într-un interferometru, unde poziția de aterizare depindea de impuls. Distribuția rezultată a confirmat că, înainte de măsurare, atomii existau simultan în mai multe stări de impuls, practic, particulele pot fi în două locuri simultan.

„Pentru doi atomi separați care sunt inseparabili, dacă îl modifici pe unul, îl afectezi instantaneu și pe celălalt. Pare greu de crezut, dar asta este natura realității”, a explicat Hodgman.

Atomii de heliu au fost aleși deoarece pot fi menținuți într-o stare excitată, eliberând electroni detectabili, ceea ce permite măsurători tridimensionale foarte precise, notează IFL Science.

Munca nu s-a terminat aici

Motivația majoră a cercetării este conflictul dintre mecanica cuantică și relativitatea generală. Prima descrie excelent lumea microscopică, iar a doua explică gravitația la scară mare, însă cele două teorii nu se potrivesc între ele. De zeci de ani, oamenii de știință caută o „Teorie a Totului” care să le unifice.

„Imaginați-vă atomi care se deplasează pe mai multe traiectorii simultan și resimt efecte gravitaționale diferite. Cum descrii așa ceva în relativitatea generală? Nimeni nu știe exact”, a spus Hodgman.

Pe viitor, experimentele mai mari ar putea oferi răspunsuri. Pentru asta, particulele trebuie separate suficient de mult, cel puțin 30 de centimetri, pentru a elimina orice posibilitate de influență clasică între ele. În prezent, instalația folosită are doar 8 cm.

Cercetătorii propun și folosirea unor izotopi diferiți de heliu pentru a testa mai profund influența gravitației asupra fenomenelor cuantice. Totuși, extinderea experimentului necesită finanțare semnificativă și ani de muncă.

Studiul a fost publicat în Nature Communications.

Vă recomandăm să citiți și:

Cercetătorii au transformat deșeurile de plastic în oțet. La ce poate fi folosit acesta?

Misterul magnetismului intens de pe Lună a fost, în sfârșit, elucidat

Razele cosmice au transformat nisipul antic într-o mașină a timpului

A început construcția celui mai mare telescop din lume care va cartografia rețeaua cosmică