Imaginați-vă un atom care există, simultan, în două locuri diferite. Nu este o fantezie, ci o realitate confirmată de o echipă de fizicieni, care au reușit să demonstreze inseparabilitatea cuantică într-un mod cu totul nou și profund semnificativ.
Această descoperire reprezintă un pas major în efortul de a reconcilia cele mai mari două teorii ale fizicii moderne: mecanica cuantică și relativitatea generală.
Inseparabilitatea cuantică, un fenomen descris de Albert Einstein drept „acțiune înfricoșătoare la distanță”, este starea în care două particule devin atât de interconectate încât modificarea uneia o afectează instantaneu pe cealaltă, indiferent de distanța dintre ele.
Până acum, demonstrațiile acestei legături misterioase s-au bazat fie pe fotoni, particule fără masă, fie pe proprietăți interne ale atomilor, precum spinul. Aceste metode, deși fascinante, nu permiteau însă studierea directă a relației cu gravitația.
Noutatea experimentului recent constă în faptul că inseparabilitatea a fost demonstrată folosind impulsul atomilor, o proprietate fundamentală care este, prin însăși natura ei, influențată de câmpurile gravitaționale.
Această abordare deschide o poartă către testarea directă a modului în care gravitația interacționează cu fenomenele cuantice, o frontieră mult visată de comunitatea științifică.
Echipa de cercetători, condusă de Sean Hodgman de la Universitatea Națională Australiană, a demarat un experiment meticulos pentru a explora această realitate subtilă.
Ei au răcit două nori de atomi de heliu la temperaturi extrem de scăzute, transformându-i într-o stare exotică a materiei cunoscută sub numele de condensat Bose-Einstein. Apoi, i-au făcut să se ciocnească.
În momentul impactului, deși evenimentul a fost rar – aproximativ o pereche inseparabilă la fiecare experiment – unele perechi de atomi au devenit interconectate. Principiile fizicii clasice dictează că două obiecte care se ciocnesc aleg o singură direcție de mișcare.
Însă, în lumea ciudată a mecanicii cuantice, ele pot urma simultan mai multe direcții. Ceea ce este cu adevărat remarcabil este că, atunci când impulsul unui atom a fost măsurat, nu doar starea sa s-a „fixat” într-o singură direcție, ci și cea a partenerului său inseparabil.
Pentru a observa acest efect profund, cercetătorii au lăsat atomii să cadă liber într-un interferometru, un dispozitiv care măsoară interferența undelor. Poziția de aterizare a atomilor în interferometru depindea direct de impulsul lor.
Distribuția rezultată a confirmat o ipoteză extraordinară: înainte de a fi măsurați, atomii existau, într-adevăr, în mai multe stări de impuls simultan. Practic, aceste particule au existat în două locuri în același timp.
„Pentru doi atomi separați care sunt inseparabili, dacă îl modifici pe unul, îl afectezi instantaneu și pe celălalt. Pare greu de crezut, dar asta este natura realității”, a explicat Sean Hodgman.
Alegerea atomilor de heliu nu a fost întâmplătoare; aceștia pot fi menținuți într-o stare excitată, eliberând electroni detectabili, ceea ce permite măsurători tridimensionale de o precizie excepțională, așa cum notează IFL Science. Munca, însă, nu se încheie aici.
Motivația fundamentală a acestei cercetări este conflictul persistent dintre mecanica cuantică, care descrie cu o precizie uluitoare lumea microscopică a atomilor și particulelor subatomice, și relativitatea generală, care explică gravitația și structura universului la scară mare.
Deși fiecare teorie este impecabilă în domeniul său, ele nu reușesc să se armonizeze, lăsând un gol în înțelegerea noastră fundamentală a realității. De zeci de ani, oamenii de știință visează la o „Teorie a Totului” care să unifice aceste perspective.
„Imaginați-vă atomi care se deplasează pe mai multe traiectorii simultan și resimt efecte gravitaționale diferite. Cum descrii așa ceva în relativitatea generală? Nimeni nu știe exact”, a mai spus Hodgman, subliniind provocarea.
Pe viitor, se speră că experimente de anvergură mai mare vor putea oferi răspunsuri. Pentru a progresa, particulele inseparabile vor trebui separate la o distanță considerabil mai mare, cel puțin 30 de centimetri, pentru a elimina orice posibilitate de influență clasică între ele.
În prezent, instalația folosită în experiment permite o separare de doar opt centimetri. Cercetătorii propun și utilizarea unor izotopi diferiți de heliu pentru a explora mai profund influența gravitației asupra fenomenelor cuantice.
Totuși, extinderea acestui experiment ambițios va necesita o finanțare substanțială și ani de muncă dedicată. Studiul a fost publicat în prestigioasa revistă Nature Communications.
