Sprawdzaniem tego, że paradoks EPR można skalować zajął się zespół fizyków kierowany przez Paolo Colciaghiego oraz Yifan Li. Do swojego eksperymentu naukowcy wykorzystali splątane ze sobą kondensaty Bosego-Einsteina, z których każdy składał się z siedmiuset atomów. O doniosłości eksperymentu najlepiej mówi fakt, że jest to dopiero pierwsza obserwacja paradoksu EPR dotycząca dwóch masywnych układów wielocząsteczkowych, które zostały od siebie przestrzennie oddzielone.
Wynik jest taki, że określony dekady temu konflikt między mechaniką kwantową a lokalnym realizmem nie znika wraz ze wzrostem wielkości splątanych układów, nawet jeżeli składa się on z tysiąca masywnych cząstek.
Czym jest paradoks EPR?
Mechanika kwantowa, teoria, która zrewolucjonizowała rozumienie otaczającego nas świata w skali atomowej i subatomowej. Dzięki naukowcom takim jak chociażby Niels Bohr dowiedzieliśmy się, że fizyka klasyczna nie działa w tej najmniejszej skali. Według teorii kwantowej przed pomiarem danej wielkości kwantowej mierzona zmienna nie ma ustalonej wartości. Dopiero sama czynność pomiaru ją ustala. Wyjątkiem jednak jest sytuacja, w której mamy do czynienia z cząstkami ze sobą splątanymi. Kiedy zmierzymy spin jednej cząstki, ustali się jego wartość jednocześnie dla mierzonej cząstki i dla cząstki z nią splątanej. W każdym takim przypadku mamy do czynienia z antykorelacją, co oznacza, że w przypadku pary splątanych cząstek, spin jednej jest zawsze przeciwny do stanu drugiej.
Czytaj także: Ultrabezpieczny internet dzięki… mechanice kwantowej
Najdziwniejszą cechą tej własności jest to, że stan drugiej cząstki ustala się natychmiast w momencie wykonania stanu pierwszej niezależnie od dzielącej je odległości. Albert Einstein nazywał tę własność upiornym działaniem na odległość. Jej upiorność ma się odnosić do tego, że do ustalenia stanu obu cząstek dochodzi jednocześnie, nawet jeżeli odległość między cząstkami nie pozwala na natychmiastowe przesłanie informacji o pomiarze między splątanymi cząstkami nawet z prędkością światła. To z kolei sprzeczne jest z szczególną teorią względności, która nie pozwala na przekazywanie informacji z prędkością większą od c. Problem w tym, że według mechaniki kwantowej żadna ze splątanych cząstek nie ma ustalonego stanu przed dokonaniem pomiaru stanu jednej z nich. Mimo niemal stu lat intensywnych prac, naukowcy nie wiedzą, w jaki sposób przekazywana jest informacja o pomiarze między splątanymi cząstkami, które są od siebie przestrzennie oddalone.
Mechanika kwantowa jest wybrakowana?
Warto tutaj jeszcze przywołać zasadę nieoznaczoności Heisenberga, według której gdy znamy jedną własność cząstki, np. położenie, nie możemy poznać drugiej, np. jej pędu. W przypadku cząstek splątanych, gdy mierzymy stan jednej z nich, dowiadujemy się o drugiej więcej niż na to zezwala zasada nieoznaczoności. Co więcej, dowiadujemy się o tym szybciej, niż zezwala na to prędkość światła.
Wszystkie powyższe fakty wskazują zatem na to, że mechanika kwantowa ma jeszcze jakieś luki, a tym samym nie opisuje w pełni otaczającego nas wszechświata. Ten właśnie paradoks jak dotąd testowano na parach splątanych atomów lub fotonów. Naukowcy z Bazylei postanowili sprawdzić, czy owa niepokojąca nieścisłość ogranicza się jedynie do pojedynczych cząstek.
Paradoks EPR dla ponad tysiąca atomów rubidu
W tym celu do klasycznego eksperymentu zamiast pojedynczych cząstek wykorzystano dwa kondensaty Bosego-Einsteina. Mówimy tutaj o chmurach bozonów, których temperatura wynosi jedynie ułamek stopnia powyżej zera absolutnego. W tym stanie atomy są tak blisko siebie, że wręcz nakładają się na siebie, przez co zachowują się jak jeden wielki atom.
Naukowcy stworzyli najpierw dwa kondensaty, z których każdy składał się z 700 atomów rubidu. Następnie rozdzielono je od siebie przestrzennie na odległość 100 mikrometrów i rozpoczęto pomiary własności obu kondensatów, losowo wybierając mierzoną wartość dla każdego z nich.
Także i w tym przypadku okazało się, że własności obu kondensatów są ze sobą skorelowane w taki sposób, że nie może być w tym przypadku mowy o przypadku. Eksperyment potwierdził zatem, że paradoks EPR obowiązuje także w dużo większej skali niż dotychczas sprawdzano.
Jak to zwykle z mechaniką kwantową bywa, choć wciąż nie wiemy dlaczego i w jaki sposób dochodzi do tych korelacji, naukowcy już rozważają sposoby ich wykorzystania w dalszych badaniach natury otaczającego nas wszechświata.
