Nel test più grande finora, i fisici hanno scoperto un paradosso chiave nella meccanica quantistica e hanno scoperto che persiste anche per nuvole di centinaia di atomi.
Utilizzando due condensati di Bose-Einstein entangled, ciascuno composto da 700 atomi, un team di fisici guidato da Paolo Colciaghi e Yvan Li dell’Università di Basilea in Svizzera ha dimostrato che Paradosso di Einstein-Podolsky-Rosen (EPR) vai su.
I ricercatori affermano che ciò ha importanti implicazioni per la metrologia quantistica, lo studio della misurazione delle cose secondo la teoria quantistica.
“I nostri risultati rappresentano la prima osservazione del paradosso EPR con più sistemi di particelle massicce spazialmente separati”. i ricercatori scrivono nel loro articolo.
“Mostrano che il conflitto tra la meccanica quantistica e il realismo locale non scompare man mano che la dimensione del sistema aumenta fino a superare le mille particelle massicce”.
Anche se siamo molto bravi a descrivere l’universo matematicamente, la nostra comprensione di come funzionano le cose è nel migliore dei casi frammentaria.
Uno degli strumenti che utilizziamo per colmare una lacuna è la meccanica quantistica, una teoria che ha avuto origine all’inizio del XX secolo, Fu difeso dal fisico Niels Bohr, per descrivere il comportamento della materia atomica e subatomica. In questo piccolo mondo, la fisica classica crolla; Quando le vecchie regole non si applicano più, devono essere stabilite nuove regole.
Ma la meccanica quantistica non è priva di difetti e nel 1935 tre famosi fisici trovarono una grande lacuna. Albert Einstein, Boris Podolsky e Nathan Rosen hanno descritto il famoso paradosso Einstein-Podolsky-Rosen.
Niente può viaggiare più veloce della luce, giusto? Ma diventa un po’ complicato con l’entanglement quantistico, che Einstein definì “un’azione spaventosa a distanza”. Qui è dove colleghi due (o più) particelle in modo che le loro proprietà siano collegate; Se, ad esempio, una particella ruota in una direzione, l’altra ruota nell’altra.
Queste particelle mantengono questa associazione anche a grandi distanze, e non è chiaro come o perché. Gli scienziati sanno che se misuri le proprietà di una particella, puoi dedurre le proprietà dell’altra particella, anche a quella distanza.
Tuttavia, sotto la meccanica quantistica, una particella non avrà quelle proprietà fino a quando non la misurerai (una stranezza che è stata esplorata dall’esperimento mentale di Schrödinger).
E sotto la meccanica quantistica, se conosci una particolare proprietà di una particella, come la sua posizione, non puoi conoscerne un’altra, come la sua quantità di moto, con certezza. Questo è il principio di indeterminazione di Heisenberg.
concetto di fisica classica realismo locale Afferma inoltre che affinché una cosa o energia ne influenzi un’altra, i due devono interagire.
Pertanto, il paradosso EPR è complesso. Quando misuri una particella in un sistema entangled, quella misurazione in qualche modo influisce sull’altra particella, anche se la misurazione non viene eseguita localmente.
Sai anche di più sulle particelle di quanto consentito dal principio di indeterminazione di Heisenberg. E in qualche modo, quell’effetto avviene all’istante, sfidando la velocità della luce.
Pertanto, il paradosso EPR indica che la teoria della meccanica quantistica è incompleta; Non descrive completamente la realtà dell’universo in cui viviamo. I fisici l’hanno per lo più testato su piccoli sistemi entangled, costituiti da una coppia di atomi o fotoni, spesso, in quello che è noto come il test di Bell (dopo la sua cancellazione, il fisico John Stewart Bell).
Finora, ogni test che Bell ha condotto ha scoperto che il mondo reale si comporta in un modo che contraddice il realismo locale. Ma quanto è profondo questo paradosso?
Bene, è qui che arriviamo ai condensati di Bose-Einstein, che sono stati della materia creati raffreddando una nuvola di bosoni a una frazione sopra lo zero assoluto. A temperature così basse, gli atomi scendono al loro stato energetico più basso possibile senza fermarsi completamente.
Quando raggiungi queste energie inferiori, le proprietà quantistiche delle particelle non possono interferire tra loro; Si avvicinano abbastanza l’uno all’altro da interferire, risultando in una nuvola di atomi ad alta densità che si comporta come un singolo “super-atomo” o onda di materia.
Colciaggi, Lee e colleghi fisici Philipp Treutlin e Tilmann Ziebold, anch’essi dell’Università di Basilea, hanno prodotto condensati di Bose-Einstein utilizzando due nubi, ciascuna composta da 700 atomi di rubidio-87. Hanno separato spazialmente questi condensati fino a 100 micrometri e ne hanno misurato le proprietà.
Hanno misurato le proprietà quantistiche dei condensati noti come pseudospin, scegliendo indipendentemente quale valore misurare per ciascuna nuvola.
Hanno scoperto che le proprietà dei condensatori sembrano essere correlate in un modo che non può essere attribuito al caso casuale, dimostrando che il paradosso EPR è coerente su una scala molto più ampia rispetto ai precedenti test di Bell.
Le implicazioni delle scoperte del team sono molto rilevanti per la futura ricerca quantistica.
“Il nostro esperimento è particolarmente adatto per applicazioni di misurazione quantistica. Uno potrebbe, ad esempio, utilizzare uno dei due sistemi come microsensore per sondare campi e forze ad alta risoluzione spaziale e l’altro come riferimento per ridurre il rumore quantistico per il primo sistema. ” i ricercatori scrivono nel loro articolo.
“Dimostrare l’entanglement EPR in combinazione con la separazione spaziale e l’indirizzabilità individuale dei sistemi coinvolti non è solo importante da un punto di vista fondamentale, ma fornisce anche gli ingredienti necessari per sfruttare l’entanglement EPR in molti sistemi di particelle come risorsa”.
Ora vai a prendere una tazza di tè e siediti. Ce l’hai.
Ricerca pubblicata in X revisione fisica.
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