Fizicienii au realizat o performanță remarcabilă în domeniul mecanicii cuantice, reușind să „încurce” doi atomi în mișcare. Pentru prima dată, oamenii de știință au observat fenomenul de inseparabilitate cuantică, demonstrând astfel „acțiunea fantomatică la distanță”, concept descris de Albert Einstein. Studiul, publicat în revista Nature Communications, deschide noi perspective în explorarea universului subatomic.
Experimentul revoluționar
În cadrul experimentului, cercetătorii au lucrat cu atomi de heliu ultrareci. Aceștia au demonstrat că perechi de atomi pot fi corelate cuantic prin impulsul lor, care descrie viteza și direcția de mișcare a unei particule. Inseparabilitatea cuantică, o trăsătură fundamentală a mecanicii cuantice, presupune că măsurarea unei particule influențează instantaneu starea celeilalte, indiferent de distanța dintre ele. Acest efect fusese observat anterior la fotoni și la spinul atomilor, dar nu la mișcarea atomilor cu masă. Atomii, având masă, sunt afectați de gravitație, spre deosebire de fotoni.
Echipa de cercetare a ales heliul pentru capacitatea acestuia de a fi menținut într-o stare excitată stabilă pentru o perioadă considerabilă – aproximativ două ore, un interval lung în comparație cu cele 20-30 de secunde ale altor experimente. Această stabilitate a permis detectarea individuală a atomilor și reconstruirea impulsului lor tridimensional cu o precizie ridicată. Experimentul a presupus răcirea heliului aproape de zero absolut. La aceste temperaturi extrem de scăzute, atomii încetinesc până aproape de imobilitate, intrând într-o stare colectivă cunoscută sub numele de condensat Bose-Einstein.
Pașii procesului de „încurcare”
Prin utilizarea impulsurilor laser, cercetătorii au împărțit 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. Aceste perechi s-au manifestat pe suprafețe sferice, cunoscute sub numele de „halouri de împrăștiere”. Conform explicațiilor: „Ori ai o pereche într-un loc, ori într-altul. Starea cuantică este o suprapunere a ambelor”. Pentru a demonstra corelarea, echipa a folosit un interferometru Rarity-Tapster. Această tehnică, utilizată anterior doar pentru fotoni în 1990, a permis cercetătorilor să observe interferența atomilor. Interferența a apărut doar dacă atomul se afla într-o suprapunere reală de stări.
Implicații și perspective de viitor
Rezultatele finale ale experimentului au fost obținute după o lună de colectare continuă de date și luni de pregătiri. Sean Hodgman de la Australian National University, a declarat: „A fost un obiectiv al laboratorului nostru de aproape 20 de ani. Faptul că am reușit în sfârșit să demonstrăm acest lucru este extrem de entuziasmant”. Cercetătorii subliniază că descoperirea confirmă predicțiile fizicii cuantice, deși fenomenul rămâne dificil de înțeles intuitiv. Hodgman a mai adăugat: „Creierul nostru nu este pregătit să proceseze astfel de fenomene. La scară mică, atomii nu sunt bile solide, ci apar ca niște entități difuze. Și asta este extrem de ciudat”.
Echipa de cercetare lucrează deja la o versiune îmbunătățită a experimentului, care implică ciocnirea a doi izotopi de heliu. Acest nou experiment ar putea pune sub semnul întrebării unele teorii fizice actuale, mai ales în ceea ce privește gravitația cuantică. Potrivit lui Hodgman: „Din perspectiva gravitației cuantice, nici nu e clar cum ai descrie matematic un asemenea sistem. Nu poate fi explicat în cadrul relativității generale. Astfel de stări reprezintă o provocare reală pentru viitoarele teorii ale gravitației cuantice”.
