Fizicienii au realizat o performanță remarcabilă în domeniul mecanicii cuantice, reușind să „încurce” doi atomi în mișcare. Această reușită marchează o premieră, demonstrând fenomenul de inseparabilitate cuantică, cunoscut și sub numele de „acțiune fantomatică la distanță”, pentru mișcarea fizică a particulelor cu masă. Studiul, publicat recent, deschide noi perspective în cercetare și ar putea conduce la dezvoltarea unor senzori cuantici extrem de preciși.

Inseparabilitate cuantică în acțiune

Experimentul, realizat de o echipă internațională de cercetători, a implicat atomi ultrareci de heliu. Cercetătorii au demonstrat că perechi de atomi pot fi corelate cuantic prin impulsul lor, o mărime care descrie viteza și direcția de mișcare a unei particule. Inseparabilitatea cuantică, un concept bizar al mecanicii cuantice, presupune că măsurarea unei particule influențează instantaneu starea celeilalte, indiferent de distanța dintre ele. Până acum, acest fenomen a fost demonstrat pentru fotoni și pentru stările interne de spin ale atomilor, dar nu pentru mișcarea unor particule cu masă, precum atomii. Diferența este crucială, deoarece atomii sunt influențați de gravitație, spre deosebire de fotoni.

Experimentul cu atomi de heliu

Echipa de cercetare a ales heliul datorită capacității acestuia de a fi menținut într-o stare excitată stabilă pentru o perioadă relativ lungă, de aproximativ două ore. Această caracteristică a permis detectarea individuală a atomilor și reconstruirea impulsului tridimensional al întregului sistem cu o precizie ridicată. Experimentul a presupus răcirea heliul aproape de zero absolut, moment în care atomii își încetinesc mișcarea până aproape de imobilitate, intrând într-o stare colectivă numită condensat Bose-Einstein. Ulterior, utilizând pulsuri laser calibrate, condensatul a fost împărțit în trei grupuri: unul propulsat în sus, unul în jos și unul static. Ciocnirile dintre atomi au condus la formarea de perechi corelate, dispuse pe suprafețe sferice.

Pentru a demonstra corelarea, cercetătorii au utilizat o metodă numită interferometru Rarity-Tapster. Această tehnică, aplicată anterior doar fotonilor, a permis evidențierea interferenței atomilor, demonstrând astfel suprapunerea cuantică a stărilor. „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”, au explicat cercetătorii. Rezultatele, obținute după luni de pregătire și o lună de colectare continuă de date, au confirmat predicțiile fizicii cuantice.

Provocări și perspective

Echipa de cercetare lucrează deja la o variantă îmbunătățită a experimentului, care ar presupune ciocnirea a doi izotopi de heliu. Acesta ar putea pune sub semnul întrebării teoriile existente. Studiul deschide calea către dezvoltarea unor tehnologii avansate, cum ar fi senzori cuantici extrem de preciși, capabili să detecteze unde gravitaționale sau să cartografieze interiorul Pământului.

Sursa: Descopera