Teória všetkého nemusí byť len sen. Vedci ukázali, že kvantové javy sa týkajú aj obyčajnej hmoty
Vedci z ANU preplietli atómy hélia na diaľku a ukázali, že aj reálna hmota sa môže správať podľa zvláštnych pravidiel kvantovej fyziky. Objav môže pomôcť pri skúmaní vzťahu medzi kvantovým svetom a gravitáciou.
Fyzici z ANU posunuli kvantovú fyziku o krok ďalej. Tentoraz prepojili atómy hélia tak, že sa navzájom ovplyvňovali na diaľku, pričom ide o presne ten efekt, ktorý Albert Einstein kedysi označil ako „strašidelné pôsobenie na diaľku“. Tentoraz však nejde o fotóny, ale o reálnu hmotu, čo otvára úplne nové možnosti skúmania.
Pri extrémnom chlade sa hmota mení na vlnu
Atómy hélia museli byť ochladené na teplotu len pár miliárdtin stupňa nad absolútnou nulou (-273 stupňov Celzia). Pri takom extrémnom chlade prestali narážať do seba ako biliardové gule a začali sa správať ako rozptýlené vlny. Tento stav umožnil, aby jeden atóm existoval na viacerých dráhach súčasne. V podstate sa hmota správala ako vlna, čo bolo kľúčové pre ich prepletenie.
Hélium nie je jednoduchá častica ako fotón. Ide o „ťažký“ objekt zložený zo šiestich subatomárnych častíc, dvoch protónov, dvoch neutrónov a dvoch elektrónov. Vedci dokázali, že aj takto zložený atóm sa správa ako vlna, keď interferuje so sebou samým.
„Experiment posúva hranice toho, kde kvantová fyzika platí,“ uviedol Yogesh Sridhar, doktorand z ANU: „Tieto výsledky potvrdzujú de Broglieho hypotézu, že každá hmota môže mať vlnové vlastnosti. Teoreticky by sa takto dali prepliesť aj väčšie molekuly, keby sme mali dostatočne veľký a chladný prístroj.“
Väčšina klasických Bellových testov sa sústredila na „spin“ častíc, teda ich rotačný smer. Tento experiment však meral hybnosť. Hybnosť je priamo spojená s pohybom v priestore a čase, čo umožňuje skúmať prepojenie kvantového sveta a gravitácie.
„Atómy môžu prechádzať rôznymi dráhami a zažívať rôzne gravitačné efekty,“ vysvetlil Sean Hodgman.
Vedci tak môžu sledovať, či sa kvantové prepojenie zmení, ak jeden atóm pošlú cez silnejšie gravitačné pole než druhý.
Neprehliadni
Tri oblaky extrémne chladných atómov hélia udržali v magnetickej pasci a potom ich nechali padať pod vplyvom gravitácie. Laserové pulzy ich mierne nasmerovali, aby sa oblaky stretli. Pri zrážkach sa menila hybnosť atómov, pričom každý pár sa rozdelil medzi viacero možných dráh, no zostal navzájom prepojený. Tento stav umožnil vykonať Bellov test nerovností a overiť skutočné kvantové prepletenie.
„Pre dve oddelené atómy platí, že ak zmeníš jedno, okamžite to ovplyvní druhé,“ dodal Hodgman.
Prečo toto prepojenie nevidíme v každodennom živote?
Prepletenie je extrémne krehké. Stačí náraz molekuly vzduchu alebo záblesk tepla a prepojenie sa okamžite zrúti. Tím z ANU však udržal atómy v takmer dokonalom vákuu a tme dostatočne dlho, aby dopadli na detektory a „priznali sa“, že sú prepojené. V bežnom svete by sa takéto stavy okamžite rozplynuli.
Demonštrácia kvantového prepojenia s hmotnými atómami otvára cestu k experimentom, ktoré spájajú mikrosvet kvantovej mechaniky s makrosvetom gravitácie. Toto je krok bližšie k pochopeniu, ako môže fungovať teória, ktorá by zjednocovala všetky fyzikálne zákony, takzvaná teória všetkého.
Aj keď výsledky neprinášajú okamžité riešenie, ukazujú, že kvantové efekty platia aj pre komplexné objekty a že gravitácia a kvantová mechanika môžu byť skúmané spoločne. To vytvára nový rámec pre experimenty, ktoré môžu časom odhaliť hlbšie vzťahy vo vesmíre.
