Fyzici objevují zcela nový typ kvantového zapletení

Fyzici z Brookhaven National Laboratory (BNL) objevili zcela nový typ kvantového zapletení, strašidelného jevu, který váže částice na jakoukoli vzdálenost. Při experimentech s urychlovačem částic umožnilo nové zapletení vědcům nahlédnout do atomových jader podrobněji než kdykoli předtím.

Páry částic se mohou do sebe natolik propletit, že jednu bez druhé již nelze popsat, bez ohledu na to, jak daleko od sebe mohou být. Ještě podivnější je, že změna jednoho okamžitě vyvolá změnu u jeho partnera, i kdyby byl na druhé straně vesmíru. Myšlenka, známá jako kvantové zapletení, nám zní nemožně, protože jsme v říši klasické fyziky. Dokonce i Einsteina to znervóznilo a nazval to „strašidelnou akcí na dálku“. Desítky let experimentů jej však důsledně podporovaly a tvoří základ nově vznikajících technologií, jako jsou kvantové počítače a sítě.

Pozorování kvantového zapletení se obvykle provádějí mezi páry fotonů nebo elektronů, které jsou svou povahou identické. Nyní však tým BNL poprvé detekoval páry nepodobných částic, které procházejí kvantovým propletením.

Objev byl učiněn v relativistickém urychlovači těžkých iontů (RHIC) v laboratoři Brookhaven, který zkoumá formy hmoty, které existovaly v raném vesmíru urychlováním a rozbíjením iontů zlata. Ale tým zjistil, že i když se ionty nesrazily, je toho hodně, co se můžeme naučit od téměř neúspěchů.

Brookhaven National Laboratory

Urychlené ionty zlata jsou obklopeny malými obláčky fotonů, a když dva ionty projdou blízko sebe, fotony z jednoho mohou zachytit obraz vnitřní struktury druhého, podrobněji než kdy předtím. To samo o sobě je pro fyziky dostatečně zajímavé, ale to se může stát pouze díky bezprecedentní formě kvantového zapletení.

Fotony interagují s elementárními částicemi uvnitř jádra každého iontu a spouštějí kaskádu, která nakonec vytváří páry částic nazývaných piony, jednu pozitivní a jednu negativní. Jak si možná pamatujete ze středoškolské fyziky, některé částice lze také popsat jako vlny a v tomto případě se vlny z obou záporných pionů navzájem posilují a vlny z obou kladných pionů se navzájem posilují. Výsledkem je, že detektor zasáhne pouze jedna pozitivní a jedna negativní pionová vlnová funkce.

To znamená, že každý pár kladných a záporných pionů je do sebe zapleten. Pokud by tomu tak nebylo, říká tým, vlnové funkce, které zasahují detektor, by byly zcela náhodné. Jedná se tedy o první detekci kvantového provázání nepodobných částic.

Brookhaven National Laboratory

„Měříme dvě odcházející částice a jejich náboje jsou zjevně různé – jsou to různé částice – ale vidíme interferenční obrazce, které naznačují, že tyto částice jsou propletené nebo ve vzájemné synchronizaci, i když jde o rozlišitelné částice,“ řekl Zhangbu Xu, angl. autor studie.

Spolu s rozšířením našeho chápání kvantové fyziky by objev mohl vést k novým technologiím, jako je metoda, kterou tým používá k nahlédnutí do jádra iontů zlata.

Výzkum byl publikován v časopise Vědecké pokroky.

Zdroj: Brookhaven National Laboratory