Imaginează-ți doi atomi, legați printr-o forță invizibilă, care se influențează reciproc instantaneu, indiferent de distanța dintre ei. Pare desprinsă din filmele science-fiction, dar este realitate. Fizicienii au reușit, pentru prima dată, să „încurce” doi atomi în mișcare, demonstrând un fenomen descris de Albert Einstein drept „acțiune fantomatică la distanță”.
Experimentul inedit cu atomi de heliu
Cercetătorii au lucrat cu atomi de heliu ultra-reci. Aceștia au creat perechi de atomi corelați cuantic prin impulsul lor, o mărime fizică ce descrie viteza și direcția de mișcare a unei particule. Inseparabilitatea cuantică este una dintre cele mai ciudate caracteristici ale mecanicii cuantice. Când două particule sunt corelate, măsurarea uneia o influențează instantaneu pe cealaltă.
Experimentul a presupus răcirea atomilor de heliu aproape de zero absolut. La aceste temperaturi extrem de scăzute, atomii încetinesc până aproape de imobilitate. Identitatea lor cuantică se „topește” într-un obiect colectiv numit condensat Bose-Einstein. Ulterior, folosind impulsuri laser calibrate, cercetătorii au împărțit condensatul în trei grupuri. Unul a fost propulsat în sus, unul în jos, iar unul a rămas pe loc.
Când norii în mișcare au traversat zona statică, atomii s-au ciocnit și s-au dispersat în direcții opuse, formând perechi corelate. Pentru a demonstra că această corelare este reală, echipa a utilizat un interferometru Rarity-Tapster. Prin această metodă, atomii sunt îndepărtați, reflectați și apoi făcuți să interfereze. Interferența apare doar dacă atomul se află într-o suprapunere reală de stări.
Implicații și provocări pentru viitor
Sean Hodgman, de la Australian National University, a explicat că echipa a lucrat la acest proiect timp de aproape două decenii. El a menționat că rezultatele au confirmat în mare parte predicțiile existente ale fizicii cuantice, chiar dacă aceste fenomene rămân dificil de înțeles intuitiv. „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”, a declarat Hodgman.
Echipa lucrează deja la o versiune mai avansată a experimentului. Aceasta va 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. Astfel de stări reprezintă o provocare reală pentru viitoarele teorii ale gravitației cuantice”, a adăugat Hodgman.
Urmărirea undelor gravitaționale, un pas posibil
În viitor, astfel de atomi „încurcați” ar putea sta la baza unor senzori cuantici extrem de preciși. Aceștia ar putea fi capabili să detecteze unde gravitaționale sau să cartografieze interiorul Pământului. Rezultatele studiului au fost publicate în revista Nature Communications.
