Физики из Базельского университета впервые наблюдали квантово - механический парадокс Эйнштейна-Подольского-Розена в системе из нескольких сотен взаимодействующих атомов, - сообщает phys.org со ссылкой на журнал Science.
Этот феномен восходит к известному мысленному эксперименту 1935 года. Он позволяет точно прогнозировать результаты измерений и может использоваться в новых типах датчиков и методах визуализации электромагнитных полей.
Как точно мы можем предсказать результаты измерений в физической системе? В мире мелких частиц, который регулируется законами квантовой физики, существует фундаментальный предел точности таких предсказаний. Этот предел выражается принципом неопределенности Гейзенберга, который утверждает, что у частицы не могут быть одновременно точно измерены положение и скорость (импульс).
Однако в 1935 году Альберт Эйнштейн, Борис Подольский и Натан Розен опубликовали знаменитую статью, в которой они показали, что точные прогнозы теоретически возможны при определенных обстоятельствах. Для этого они рассматривали две системы - А и В - в так называемом «запутанном» состоянии, в котором их свойства сильно взаимосвязаны.
В этом случае результаты измерений в системе А могут быть использованы для прогнозирования результатов соответствующих измерений в системе В с произвольной точностью. Это возможно, даже если системы A и B пространственно разделены. Парадокс заключается в том, что наблюдатель, использующий измерения в системе A для получения результатов в системе B, получит более точные показатели, чем наблюдатель, имеющий прямой доступ к системе B, но не имеющий доступа к системе А.
В прошлом ученые проводили эксперименты для изучения парадокса на отдельных атомах. Теперь же группа физиков, возглавляемая профессором Филиппом Третлейном - сотрудником отделения физики Базельского университета и Швейцарского института нанонауки (СНИ), успешно наблюдала парадокс в системе, состоящей из нескольких сотен взаимодействующих атомов.
В эксперименте использовались лазеры для охлаждения атомов до нескольких миллиардных градуса выше абсолютного нуля. При этих температурах атомы ведут себя полностью в соответствии с законами квантовой механики и образуют то, что известно как конденсат Бозе - Эйнштейна - состояние материи, предсказанное Эйнштейном в другой новаторской статье в 1925 году. В этом ультрахолодном облаке атомы постоянно сталкиваются друг с другом, что заставляет их запутано вращаться.
Затем исследователи провели измерения спина (собственный момент импульса элементарных частиц) в пространственно разделенных областях конденсата. Благодаря высокоуровневой визуализации они смогли непосредственно измерить корреляции спинов между отдельными областями и в то же время локализовать атомы в точно определенных положениях. Таким образом, исследователям удалось использовать измерения в одной области для прогнозирования результатов в другой.
«Результаты измерений в двух областях были настолько сильно взаимосвязаны, что позволили нам продемонстрировать ЭПР-парадокс», - говорит студент Ph.D. Маттео Фадель - ведущий автор исследования. - Удивительно наблюдать такое фундаментальное явление квантовой физики во все более крупных системах. В то же время наши эксперименты устанавливают связь между двумя важнейшими работами Эйнштейна».
Ученые размышляют о практической пользе их открытия. Например, соответствия, лежащие в основе ЭПР-парадокса, могут быть использованы для повышения эффективности атомных датчиков и методов визуализации электромагнитных полей. Развитие квантовых датчиков такого типа является одной из целей Национального центра компетенции в области квантовой науки и технологии исследований (NCCR QSIT), с которым активно сотрудничает команда исследователей.
[Фото: phys.org]
