Testul cosmic confirmă ciudățenia cuantică

Înfricoșarea mecanicii cuantice a devenit cosmică.

Fizicienii au folosit lumina stelelor pentru a efectua un „test clopot” pentru a verifica natura ciudată a mecanicii cuantice. Timp de zeci de ani, astfel de teste au confirmat în mod repetat ciudateniile fizicii cuantice, dar testele au conținut lacune. În timp ce marile lacune au fost deja închise (SN: 26/12/15, str. 24), a rămas o avertizare persistentă, în ceea ce privește dacă setările echipamentului de măsurare au fost alese aleatoriu. Pentru a rezolva această lacună, oamenii de știință au folosit lumina stelelor ca sursă de aleatorie. Mecanica cuantică a ieșit nevătămată, au raportat fizicieni din Statele Unite și Austria online pe 22 noiembrie pe arXiv.org.

„Este un experiment foarte elegant și cred că rezultatele sunt destul de frumoase”, spune fizicianul Krister Shalm de la Institutul Național de Standarde și Tehnologie din Boulder, Colorado, care nu a fost implicat în măsurare. „Cred că este o lacună importantă de luat în considerare.”

Dar, spune fizicianul Matthew Leifer de la Universitatea Chapman din Orange, California, „Nu cred că va schimba radical viziunea cuiva asupra lumii”. Oamenii de știință erau deja destul de convinși de natura contraintuitivă a fizicii cuantice.

Spre deosebire de obiectele de zi cu zi, particulele cuantice pot fi legate pe distanțe lungi, comportându-se ca un întreg integrat, printr-un fenomen numit încrucișare cuantică. O pereche de fotoni, de exemplu, poate fi creată astfel încât polarizarea lor sau orientarea câmpurilor lor electromagnetice să fie aliniate. Înainte de a fi măsurați, fotonii există într-un fel de limbo, cu polarizările lor îndreptate în mai multe direcții simultan. Dar măsurați polarizarea unui foton, iar rezultatul îi spune imediat experimentatorului starea partenerului său, chiar dacă se află la ani lumină distanță.

Această interconexiune ciudată, sau „non-localitate”, i-a îngrijorat pe unii oameni de știință: Albert Einstein a luat-o în derâdere ca „acțiune înfricoșătoare la distanță”. În anii 1960, fizicianul John Bell a propus o metodă pentru a confirma dacă particulele cuantice erau cu adevărat înfricoșătoare.

În noua lucrare, oamenii de știință au efectuat un test Bell, dar au adăugat o întorsătură cosmică. Oamenii de știință au produs perechi de fotoni încâlciți, au separat cei doi fotoni cu mai mult de un kilometru și au măsurat ambele polarizări. Polarizarea măsurată ar putea fi una dintre cele două opțiuni – de exemplu, poate fi orizontală sau verticală. Dar în test, axa de-a lungul căreia este măsurată polarizarea este schimbată pentru diferiți fotoni. Oamenii de știință ar putea decide să măsoare la un unghi fie de 30 de grade, fie de 120 de grade, de exemplu.

Dacă mecanica cuantică este adevărată, rezultatele celor două măsurători vor fi mai corelate decât într-un univers cu o versiune neînfricoșătoare a mecanicii cuantice. Dar această concluzie cere ca axa de-a lungul căreia este măsurată polarizarea fiecărui foton să fie aleasă aleatoriu și să fie necorelată cu fotonii produși.

Pentru a se asigura că nicio influență exterioară nu ar putea avea un impact, oamenii de știință au folosit culoarea fotonilor produși de două stele, aflate la sute de ani lumină de Pământ, pentru a atribui axa de măsurare. Lumina mai roșie a declanșat măsurarea pe o axă, iar lumina mai albastră, pe alta. Orice influență care ar fi putut afecta atât fotonii, cât și lumina stelelor trebuie să fi apărut acum aproximativ 600 de ani sau mai devreme – un scenariu puțin probabil. Rezultatul susține dovezile pentru bizareria fizicii cuantice.

Autorii studiului au refuzat să comenteze, deoarece lucrarea este în curs de evaluare inter pares.

Testele anterioare Bell au oferit deja dovezi puternice ale ciudățeniei cuantice în natură. Aceste teste au folosit alte metode pentru a genera aleatoriu, chiar digitizând filme vechi pentru a crea un șir aleatoriu de numere. În consecință, unii oameni de știință au pus sub semnul întrebării importanța noului test. „Trebuie să spun că nu sunt prea impresionat și surprins de rezultat”, spune fizicianul Nicolas Gisin de la Universitatea din Geneva.

Cu testele viitoare, oamenii de știință ar putea folosi surse mai îndepărtate, cum ar fi quasarii, pentru a împinge și mai mult limita de timp de 600 de ani. Dar lacuna este imposibil de închis complet, spune Gisin. „Poți întotdeauna să spui că totul a fost determinat la Big Bang.”