Fizycy odkryli nowe typy splątań kwantowych

Naukowcy z Brookhaven National Laboratory (BNL) odkryli zupełnie nowy rodzaj splątania kwantowego – przerażające zjawisko, które wiąże cząstki na dowolnej odległości.

Konceptualna wizualizacja 3D splątania kwantowego
fot. Depositphotos

W eksperymentach ze zderzaczami cząstek nowe splątanie pozwoliło naukowcom zajrzeć do wnętrza jąder atomowych bardziej szczegółowo niż kiedykolwiek wcześniej. Pary cząstek mogą się tak splatać ze sobą, że nie można już opisać jednej bez drugiej, bez względu na to, jak bardzo są od siebie oddalone. Jeszcze dziwniejsze jest to, że zmiana jednego natychmiast wywoła zmianę w jego partnerze, nawet jeśli znajdował się po drugiej stronie wszechświata. Teoria, znana jako splątanie kwantowe, wydaje się nam niemożliwa, ponieważ jesteśmy zakorzenieni w dziedzinie fizyki klasycznej. Nawet Einstein nazywał to „upiornym działaniem na odległość”. Jednak dziesięciolecia eksperymentów konsekwentnie to potwierdzały i stanowią podstawę nowych technologii, takich jak komputery kwantowe i sieci.

Zobacz także: Pierwsza sieć splątanych kwantowo zegarów atomowych

Zwykle obserwacji splątania kwantowego dokonuje się między parami fotonów lub elektronów o identycznym charakterze. Ale teraz, po raz pierwszy, zespół BNL wykrył pary odmiennych cząstek przechodzących splątanie kwantowe.

Odkrycia dokonano w Relatywistycznym Zderzaczu Ciężkich Jonów (RHIC, z ang. Relativistic Heavy Ion Collider) w Brookhaven Lab, który bada formy materii istniejące we wczesnym Wszechświecie poprzez przyspieszanie i zderzanie jonów złota. Jednak zespół odkrył, że nawet jeśli jony się nie zderzyły, wiele można się nauczyć z sytuacji, w których doszło do sytuacji potencjalnie wypadkowych.

Detektor w Relatywistycznym Zderzaczu Ciężkich Jonów w Brookhaven Labs
Detektor w Relatywistycznym Zderzaczu Ciężkich Jonów w Brookhaven Labs, gdzie dokonano odkrycia nowego typu splątania kwantowego | fot. Narodowe Laboratorium Brookhaven

Przyspieszone jony złota są otoczone małymi chmurami fotonów, a kiedy dwa jony przechodzą blisko siebie, fotony z jednego mogą uchwycić obraz wewnętrznej struktury drugiego, bardziej szczegółowo niż kiedykolwiek wcześniej. Samo to jest wystarczająco intrygujące dla fizyków, ale może się to zdarzyć tylko dzięki bezprecedensowej formie splątania kwantowego.

Fotony oddziałują z cząstkami elementarnymi wewnątrz jądra każdego jonu, wyzwalając kaskadę, która ostatecznie wytwarza pary cząstek zwanych pionami, jedną dodatnią i jedną ujemną. Jak być może pamiętasz z fizyki w szkole średniej, niektóre cząstki można również opisać jako fale, w tym przypadku fale z obu ujemnych pionów wzmacniają się nawzajem, a te z obu dodatnich pionów wzmacniają się nawzajem. Powoduje to, że tylko jedna dodatnia i jedna ujemna funkcja fali pionowej uderza w detektor.

Oznacza to, że każda para dodatnich i ujemnych pionów jest ze sobą splątana. Zespół twierdzi, że gdyby tak nie było, funkcje falowe uderzające w detektor byłyby całkowicie przypadkowe. W związku z tym jest to pierwsze wykrycie kwantowego splątania odmiennych cząstek.

Diagram ilustrujący sposób wykrycia nowo odkrytego typu splątania kwantowego.
Diagram ilustrujący sposób wykrycia nowo odkrytego typu splątania kwantowego. Żółte kółka to jony złota, a niebieskie i różowe to odpowiednio dodatnie i ujemne piony. Fale z każdego wzmacniają fale tego samego pionu z drugiego jonu, tak że uderzają w detektor dwoma silnymi sygnałami, widocznymi jako koncentracje fal niebieskiej i różowej u góry obrazu. To może zadziałać tylko wtedy, gdy dodatnie i ujemne piony każdego jonu są splątane kwantowo, w formie, jakiej wcześniej nie widziano | fot. Narodowe Laboratorium Brookhaven

Mierzymy dwie wychodzące cząstki i wyraźnie ich ładunki są różne – są to różne cząstki – ale widzimy wzorce interferencji, które wskazują, że te cząstki są splątane lub zsynchronizowane ze sobą, mimo że są to cząstki rozróżnialne.

– powiedział Zhangbu Xu , autor badania

Wraz z poszerzaniem naszej wiedzy na temat fizyki kwantowej, odkrycie może doprowadzić do powstania nowych technologii, takich jak metoda stosowana przez zespół do zaglądania do wnętrza jądra jonów złota.

Badania zostały opublikowane w czasopiśmie Science Advances.

➔ Obserwuj nas w Google News, aby być na bieżąco!

źródło: Narodowe Laboratorium Brookhaven | New Atlas
grafika główna wykorzystana we wpisie, pochodzi z bazy Depositphotos