Физики провели крупнейшую в истории проверку парадокса Эйнштейна-Подольского-Розена: ScienceAlert

В ходе самого большого испытания физики обнаружили ключевой парадокс в квантовой механике и обнаружили, что он сохраняется даже для облаков из сотен атомов.

Используя два запутанных конденсата Бозе-Эйнштейна, каждый из которых состоит из 700 атомов, группа физиков под руководством Паоло Колчиаги и Ивана Ли из Базельского университета в Швейцарии показала, что Парадокс Эйнштейна-Подольского-Розена (ЭПР) подниматься.

Исследователи говорят, что это имеет важные последствия для квантовой метрологии — исследования измерения вещей в соответствии с квантовой теорией.

«Наши результаты представляют собой первое наблюдение парадокса ЭПР с несколькими пространственно разделенными системами массивных частиц». исследователи пишут в своей статье.

«Они показывают, что конфликт между квантовой механикой и локальным реализмом не исчезает, когда размер системы увеличивается до более чем тысячи массивных частиц».

Хотя мы очень хорошо описываем Вселенную математически, наше понимание того, как все устроено, в лучшем случае неоднородно.

Одним из инструментов, который мы используем, чтобы заполнить пробел, является квантовая механика, теория, возникшая в начале 20-го века. Ее защищал физик Нильс Бор., чтобы описать поведение атомарной и субатомной материи. В этом маленьком мире классическая физика не работает; Когда старые правила больше не применяются, необходимо установить новые правила.

Но квантовая механика не лишена недостатков, и в 1935 году трое известных физиков обнаружили в ней большой пробел. Альберт Эйнштейн, Борис Подольский и Натан Розен описали знаменитый парадокс Эйнштейна-Подольского-Розена.

Ничто не может двигаться быстрее света, верно? Но все становится немного сложнее с квантовой запутанностью, которую Эйнштейн назвал «пугающим действием на расстоянии». Здесь вы соединяете две (или более) частицы, чтобы их свойства были связаны; Если, например, одна частица вращается в одном направлении, то другая вращается в другом.

Эти частицы сохраняют эту связь даже на больших расстояниях, причем непонятно, как и почему. Ученым известно, что если вы измерите свойства одной частицы, то сможете сделать вывод о свойствах другой частицы даже на таком расстоянии.

Однако в рамках квантовой механики частица не будет обладать этими свойствами, пока вы ее не измерите (странность, которая была исследована в мысленном эксперименте Шредингера).

А согласно квантовой механике, если вы знаете одно конкретное свойство частицы, например, ее местоположение, вы не можете знать другое, например, ее импульс, с какой-либо уверенностью. Это принцип неопределенности Гейзенберга.

концепция классической физики местный реализм В нем также говорится, что для того, чтобы одна вещь или энергия повлияла на другую, они должны взаимодействовать.

Таким образом, парадокс ЭПР сложен. Когда вы измеряете одну частицу в запутанной системе, это измерение каким-то образом влияет на другую частицу, даже если измерение не выполняется локально.

Вы также знаете о частицах больше, чем позволяет принцип неопределенности Гейзенберга. И каким-то образом этот эффект происходит мгновенно, игнорируя скорость света.

Таким образом, парадокс ЭПР указывает на неполноту теории квантовой механики; Оно не полностью описывает реальность вселенной, в которой мы живем. Физики в основном проверяли его на небольших запутанных системах, состоящих из пары атомов или фотонов, часто в так называемом тесте Белла (после его удаления физик Джон Стюарт Белл).

До сих пор каждый тест, проведенный Беллом, обнаруживал, что поведение реального мира противоречит локальному реализму. Но насколько глубок этот парадокс?

Ну, вот где мы подходим к конденсату Бозе-Эйнштейна, который представляет собой состояние материи, созданное путем охлаждения облака бозонов до доли выше абсолютного нуля. При таких низких температурах атомы погружаются в самое низкое возможное энергетическое состояние, не останавливаясь полностью.

Когда вы достигаете этих более низких энергий, квантовые свойства частиц не могут мешать друг другу; Они подходят достаточно близко друг к другу, чтобы как бы мешать друг другу, в результате чего образуется облако атомов высокой плотности, которое ведет себя как один «суператом» или волна материи.

Колчиаджи, Ли и его коллеги-физики Филипп Трейтлин и Тилман Зибольд, также из Базельского университета, получили конденсаты Бозе-Эйнштейна, используя два облака, каждое из которых состоит из 700 атомов рубидия-87. Они пространственно разделили эти конденсаты на расстояние до 100 микрометров и измерили свойства.

Они измеряли квантовые свойства конденсатов, известных как псевдоспины, независимо выбирая, какое значение измерять для каждого облака.

Они обнаружили, что свойства конденсаторов, по-видимому, коррелируют таким образом, что это нельзя объяснить случайностью, демонстрируя, что парадокс ЭПР согласуется в гораздо большем масштабе, чем предыдущие тесты Белла.

Последствия выводов команды очень важны для будущих квантовых исследований.

«Наш эксперимент особенно подходит для приложений квантовых измерений. Можно, например, использовать одну из двух систем в качестве микродатчика для исследования полей и сил с высоким пространственным разрешением, а другую — в качестве эталона для уменьшения квантового шума для первой системы. » исследователи пишут в своей статье.

«Демонстрация ЭПР-запутанности в сочетании с пространственным разделением и индивидуальной адресацией задействованных систем не только важна с фундаментальной точки зрения, но также обеспечивает необходимые ингредиенты для использования ЭПР-запутанности во многих системах частиц в качестве ресурса».

А теперь иди выпей чаю и садись. У тебя вышло.

Исследование опубликовано в X физический обзор.