„Îmi place dacă pot alerga în sus și să fiu răsplătit cu o vedere la golf”, spune Monika Schleier-Smith. Ea vorbește despre un loc preferat pentru exerciții în jurul Palo Alto, California, dar sentimentul se aplică și muncii ei științifice. Un fizician la Stanford, Schleier-Smith, 36 de ani, are reputația de a îmbrățișa urcusul. Ea va împinge, împinge, împinge cele mai mici detalii ale unui experiment până când va realiza ceea ce alții credeau aproape imposibil.
Recompensa ei? Văzând ansambluri mari de atomi îi îndeplinesc cerințele și interacționează unul cu celălalt pe distanțe care sunt incredibil de vaste, cel puțin pentru tărâmul cuantic.
„Ea tinde să persiste”, spune fizicianul de la Harvard Susanne Yelin, care urmărește cercetările lui Schleier-Smith. Ea obține rezultate, chiar dacă „tot ce există în natură” funcționează împotriva experimentelor ei.
Fizica cuantică descrie o microlume în care domnesc multe posibilități. Atomii și particulele neobservate nu au locații clar definite, iar informațiile pot fi partajate de părți larg distanțate ale unui sistem. „Avem ecuații care descriu bine mecanica cuantică, dar nu le putem rezolva atunci când avem de-a face cu mai mult de câteva particule”, spune Schleier-Smith.
Este o rușine, pentru că înțelegerea modului în care un număr mare de aceste entități mici interacționează este esențială pentru a ne da seama cum funcționează lumea noastră la cel mai fundamental nivel. A face atomii să se comporte exact în moduri corecte are, de asemenea, câteva beneficii practice. Ar putea duce la cele mai precise ceasuri de până acum, un avantaj pentru măsurarea de precizie și la calculatoare cuantice care pot rezolva probleme prea dificile pentru supercalculatoarele de astăzi.
Configurațiile experimentale ale lui Schleier-Smith folosesc aranjamente elaborate de masă de oglinzi, lasere, camere de vid și părți electronice pentru a răci atomii, a-i fixa pe loc și apoi a-i manipula cu lumină. Este un aglomerat de componente esențiale, a căror construcție necesită o înțelegere exactă a fizicii în joc, plus cunoștințe de inginerie.
În calitate de student absolvent la MIT, Schleier-Smith a lucrat cu o echipă mică care a împins precizia unui ceas atomic dincolo de ceea ce este cunoscut sub numele de „limită cuantică standard”, un rezultat raportat în 2010. Deși oamenii știau că acest lucru este teoretic posibil, mulți au crezut că a fost prea greu să încerc să renunț. Schleier-Smith a petrecut săptămâni întregi optimizând și depanând circuitele de control care au menținut laserele experimentului la frecvența potrivită, spune Ian Leroux, care a făcut parte din echipa MIT și se află acum la Centrul de Cercetare în Metrologie al Consiliului Național de Cercetare din Canada din Ottawa. Ea are „acea combinație de grijă, dexteritate, observație și atenție la detalii care îi permite să facă un aparat să funcționeze mai bine decât are dreptul la el”.
Într-o performanță experimentală mai recentă, raportată în ianuarie în Scrisori de revizuire fizică, Schleier-Smith și echipa ei din Stanford au folosit lumina laser pentru a crea interacțiuni la distanță lungă într-un nor de aproximativ 100.000 de atomi de rubidiu reci. Atomii au discutat cu alți atomi la o jumătate de milimetru distanță – o distanță mare pentru atomi. La direcția lui Schleier-Smith, o excitație a atomilor, în acest caz o schimbare într-o proprietate numită spin, a sărit dintr-o parte a norului de atom în alta, folosind un foton pentru a ocoli atomii dintre ele. În plus, echipa a găsit o modalitate de a-și imaginea țopăitul.
Schleier-Smith își urmărește interesul pentru fizică încă din liceu, când un profesor de chimie i-a spus să se gândească la un electron ca „întins ca untul de arahide”. Ideea a fascinat-o. Ea a simțit că o înțelegere mai profundă însemna studierea mecanicii cuantice.
De la astronomie la zoologie
Abonați-vă la Știri Științe pentru a vă satisface apetitul omnivor pentru cunoașterea universală.
Nu este o perspectivă la care te-ai aștepta de la un licean mediu. Dar o asemenea claritate a vederii a fost o caracteristică a lucrării lui Schleier-Smith.
Ea identifică rapid idei care sunt atât interesante, cât și fezabile experimental, spune studenta absolventă Emily Davis, care a lucrat în laboratorul lui Schleier-Smith din 2013. (Aproximativ jumătate dintre membrii actuali ai laboratorului sunt femei, atipice într-un domeniu atât de dominat de bărbați).
„Am tendința de a fi destul de intuitiv”, spune Schleier-Smith. „Cred că este o chestiune de modul în care funcționează creierul meu.”
Și ea vede cu ușurință prin presupunerile îndoielnice ale altor oameni de știință, spune Leroux. Cu un nor de mii de atomi, configurația ei de rotație este în contradicție cu un argument de bun simț conform căruia trebuie să țineți atomii într-un spațiu foarte mic pentru a obține un control bun asupra interacțiunilor lor electromagnetice.
Această configurație ar putea avea valoare și în studierea găurilor negre. Teoriile care încearcă să conecteze fizica cuantică cu teoria gravitației a lui Albert Einstein – relativitatea generală – duc la predicții specifice despre ceea ce se întâmplă cu informațiile care cade în găurile negre. Informațiile s-ar putea amesteca exponențial rapid prin interacțiuni pe distanță lungă, similare celor pe care le-a demonstrat Schleier-Smith.
„Ea a construit o platformă excepțional de puternică pentru a explora aceste fenomene în laborator”, spune Stephen Shenker, un fizician teoretician la Stanford, care lucrează la intersecția dintre fizica cuantică și gravitația.
Ar putea urmărirea conexiunilor la găurile negre să dezvăluie ceva interesant despre modul în care atomii interacționează, precum și despre cum să controlăm aceste interacțiuni? Schleier-Smith nu poate spune sigur, dar vede potențialul.