Fizicienii au reușit să „încurce” doi atomi în mișcare, demonstrând pentru prima dată fenomenul de inseparabilitate cuantică în modul în care atomii se deplasează. Această descoperire confirmă teoria descrisă de Albert Einstein drept „acțiune fantomatică la distanță”. Studiul, publicat în revista Nature Communications, deschide noi perspective în domeniul senzorilor cuantici și înțelegerea gravitației cuantice.
Experimentul inedit cu atomi de heliu
Cercetătorii au demonstrat că perechi de atomi de heliu ultrareci pot fi corelate cuantic prin impulsul lor. Impulsul este o mărime fizică ce descrie viteza și direcția de mișcare a unei particule, luând în considerare și masa acesteia. În experiment, echipa a folosit heliu, un element chimic ce poate fi menținut într-o stare excitată stabilă pentru o perioadă lungă de timp. Această caracteristică a permis detectarea individuală a atomilor și reconstruirea impulsului tridimensional al întregului sistem cu mare precizie.
Pentru a crea perechi de atomi corelate prin impuls, echipa a pornit de la un nor de heliu răcit aproape de zero absolut. La aceste temperaturi extrem de scăzute, atomii încetinesc până aproape de imobilitate, iar identitatea lor cuantică se „topește” într-un singur obiect colectiv. Ulterior, folosind impulsuri laser calibrate, cercetătorii au divizat condensatul în trei grupuri: unul propulsat în sus, unul în jos și unul static. Când norii în mișcare au trecut prin zona statică, atomii s-au ciocnit și s-au dispersat în direcții opuse, formând perechi corelate.
Implicațiile descoperirii în fizica cuantică
Inseparabilitatea cuantică este una dintre cele mai ciudate trăsături ale mecanicii cuantice. Atunci când două particule sunt corelate, măsurarea uneia o influențează instantaneu pe cealaltă. Acest fenomen fusese demonstrat anterior pentru fotoni și pentru stările interne de spin ale atomilor, dar nu și pentru mișcarea unor particule cu masă. Diferența este crucială: atomii au masă și sunt afectați de gravitație, în timp ce fotonii nu au aceste caracteristici.
Pentru a demonstra că această corelare este reală, echipa a folosit un interferometru Rarity-Tapster, o metodă aplicată anterior doar fotonilor. Fizicienii au reflectat atomii și i-au făcut să interfereze între ei. Interferența apare doar dacă atomul se află într-o suprapunere reală de stări. „Corelațiile observate nu pot fi explicate prin nicio teorie clasică”, au explicat cercetătorii. Rezultatele finale au fost obținute după aproape o lună de colectare continuă de date și după luni sau chiar un an de pregătire experimentală.
Perspective de viitor și aplicații practice
Această descoperire ar putea sta la baza unor senzori cuantici extrem de preciși, capabili să detecteze unde gravitaționale sau să cartografieze interiorul Pământului. Echipa lucrează deja la o versiune mai avansată a experimentului, care ar presupune ciocnirea a doi izotopi de heliu, heliu-3 și heliu-4, pentru a obține perechi corelate simultan prin impuls și masă. Un astfel de sistem ar putea pune probleme serioase teoriilor actuale. „Din perspectiva gravitației cuantice, nici nu e clar cum ai descrie matematic un asemenea sistem. Nu poate fi explicat în cadrul relativității generale”, a subliniat cercetătorul Sean Hodgman de la Australian National University.
Sursa: Descopera
