Fizicienii au reușit să „încurce” doi atomi în mișcare, demonstrând pentru prima dată inseparabilitatea cuantică în modul în care atomii se mișcă fizic. Această descoperire confirmă un fenomen descris de Albert Einstein drept „acțiune fantomatică la distanță”. Cercetătorii au observat cum atomii de heliu ultrareci pot fi corelați cuantic prin impulsul lor, o măsură care descrie viteza și direcția de mișcare a unei particule, luând în considerare și masa acesteia.
Experimentul revoluționar cu atomi de heliu
Inseparabilitatea cuantică este o caracteristică bizară a mecanicii cuantice. Când două particule sunt corelate, măsurarea uneia o influențează pe cealaltă instantaneu. Acest fenomen a fost demonstrat anterior pentru fotoni și pentru stările interne de spin ale atomilor, dar niciodată pentru mișcarea particulelor cu masă. Diferența este crucială: atomii au masă și sunt afectați de gravitație, în timp ce fotonii nu au aceste caracteristici. În viitor, astfel de atomi ar putea sta la baza unor senzori cuantici extrem de preciși, capabili să detecteze unde gravitaționale sau să cartografieze interiorul Pământului.
Pentru acest experiment, echipa a ales heliul, deoarece poate fi menținut într-o stare excitată stabilă pentru o perioadă considerabilă. Experimentul a implicat un nor de heliu răcit aproape de zero absolut. La aceste temperaturi, atomii încetinesc până aproape de imobilitate, iar identitatea lor cuantică se „topește” într-un singur obiect colectiv. Folosind impulsuri laser calibrate, cercetătorii au împărțit condensatul în trei grupuri, unul propulsat în sus, unul în jos și unul static.
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 corelarea, echipa a folosit un interferometru Rarity-Tapster, o metodă utilizată anterior doar pentru fotoni. „Atomii se îndepărtează, apoi îi reflectăm și îi facem să interfereze între ei. Interferența apare doar dacă atomul se află într-o suprapunere reală de stări”, a explicat unul dintre cercetători.
Implicații și perspective de viitor
Realizarea acestui experiment a necesitat luni de pregătire și aproape o lună de colectare continuă a datelor. „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”, a declarat Sean Hodgman de la Australian National University.
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. „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.
Studiul a fost publicat în revista Nature Communications.
