Fizicienii au reușit să „împletească” doi atomi în mișcare, demonstrând un fenomen descris de Albert Einstein drept „acțiune fantomatică la distanță”. Această descoperire marchează o premieră, observând inseparabilitatea cuantică în modul în care atomii se mișcă fizic, un pas important în înțelegerea mecanicii cuantice. Studiul, publicat recent, ar putea deschide noi drumuri în dezvoltarea senzorilor cuantici.

Experimentul inedit cu atomi de heliu

Cercetătorii au lucrat cu atomi de heliu ultrareci, demonstrând că aceștia pot fi corelați cuantic prin impulsul lor, o măsură ce descrie viteza și direcția de mișcare a unei particule, luând în considerare și masa acesteia. Inseparabilitatea cuantică presupune că, odată ce două particule sunt corelate, măsurarea uneia o influențează instantaneu pe cealaltă. Până acum, acest fenomen a fost demonstrat pentru fotoni și pentru stările interne de spin ale atomilor, dar nu și pentru mișcarea particulelor cu masă. Diferența este crucială, deoarece atomii au masă și sunt afectați de gravitație, spre deosebire de fotoni.

Echipa de cercetare a ales heliul datorită capacității acestuia de a fi menținut într-o stare excitată stabilă pentru o perioadă considerabilă de timp, aproximativ două ore. Această energie internă a permis detectarea individuală a atomilor și reconstruirea precisă a impulsului tridimensional al întregului sistem. Experimentul a presupus răcirea heliului aproape de zero absolut, moment în care atomii își încetinesc mișcarea până aproape de imobilitate, formând un condensat Bose-Einstein.

De la condensat la perechi cuantice

Prin utilizarea impulsurilor laser calibrate, condensatul a fost împărțit în trei grupuri: unul propulsat în sus, unul în jos și unul static. În momentul în care norii în mișcare au trecut prin zona statică, atomii s-au ciocnit și s-au dispersat în direcții opuse, formând perechi corelate. Aceste perechi au fost dispuse pe suprafețe sferice, cunoscute sub numele de „halouri de împrăștiere”. Sean Hodgman de la Australian National University a explicat că, la densități foarte mici, în fiecare experiment apare o singură pereche. „Ori ai o pereche într-un loc, ori într-altul. Starea cuantică este o suprapunere a ambelor”, a precizat acesta.

Pentru a demonstra corelarea, echipa a folosit un interferometru Rarity-Tapster, metoda fiind aplicată anterior doar fotonilor, în anul 1990. „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,” a subliniat Hodgman. Rezultatele, obținute după aproape o lună de colectare continuă de date, nu pot fi explicate prin teorii clasice.

Provocări pentru viitor

Echipa de cercetători lucrează deja la o versiune avansată a experimentului. Aceasta va presupune ciocnirea a doi izotopi de heliu, heliu-3 și heliu-4, pentru a obține perechi corelate prin impuls și masă. Un astfel de sistem ar putea pune probleme serioase teoriilor actuale. Hodgman a menționat că, „din perspectiva gravitației cuantice, nici nu e clar cum ai descrie matematic un asemenea sistem. Nu poate fi explicat în cadrul relativității generale. Astfel de stări reprezintă o provocare reală pentru viitoarele teorii ale gravitației cuantice”.