Ученым впервые удалось наблюдать квантовую запутанность атомов — состояние, при котором частицы оказываются связанными так тесно, что состояние одной мгновенно определяет состояние другой, независимо от расстояния между ними.
Квантовая запутанность — это одно из самых таинственных явлений в физике. Ее предсказали более ста лет назад, а в экспериментах до сих пор ее удавалось воспроизводить в основном на фотонах — частицах света. Однако фотоны не имеют массы и не подвержены гравитации, что делает невозможным воспроизведение и анализ всех свойств этого удивительного явления в ходе экспериментов. Команда специалистов Австралийского национального университета (ANU) преодолела важный рубеж: физики провели эксперимент с атомами гелия, обладающими массой и подчиняющимися гравитации, как и вся привычная нам материя.
«Осознавать, что Вселенная устроена именно так, по-настоящему удивительно, — говорит профессор Исследовательской школы физики ANU Шон Ходжман. — Мы можем сколько угодно изучать это в учебниках, но полностью принять тот факт, что частица может находиться в двух местах одновременно, очень сложно».
Задача оказалась весьма трудной не только концептуально, но и технически. «Экспериментально продемонстрировать это крайне сложно, — отмечает соавтор работы, аспирант Йогеш Шридхар. — Несколько исследовательских групп уже пытались продемонстрировать эти эффекты в прошлом, но каждый раз им чего-то не хватало».
Почему успех этого эксперимента важен не только для физиков? Дело в том, что современная наука описывает Вселенную двумя великими, но несовместимыми теориями. Квантовая механика прекрасно функционирует в мире атомов и субатомных частиц. Общая теория относительности Эйнштейна точно описывает гравитацию и космические масштабы. Однако объединить их в единую систему — создать так называемую «теорию всего» — пока не удалось. Наблюдение квантовых эффектов у частиц, которые действительно взаимодействуют с гравитацией, открывает новые горизонты для проверки того, как эти два мира пересекаются.
«Этот результат подтверждает предсказания, сделанные более века назад: материя может находиться в двух местах одновременно и даже взаимодействовать сама с собой в этих состояниях», — подчеркивает Ходжман.
Конечно, до «теории всего» еще далеко. Но эксперимент австралийских исследователей — это именно тот случай, когда небольшое событие в лаборатории может стать важным шагом к пониманию фундаментальной структуры Вселенной. Теперь у ученых есть инструмент, позволяющий изучать квантовое поведение «реальной» материи, обладающей массой и подчиняющейся законам гравитации, а не только легких частиц света.
Фото: hi-tech.mail.ru