Los físicos han realizado la prueba más grande jamás realizada de la paradoja de Einstein-Podolsky-Rosen: ScienceAlert

En la prueba más grande hasta el momento, los físicos descubrieron una paradoja clave en la mecánica cuántica y descubrieron que persiste incluso para nubes de cientos de átomos.

Usando dos condensados ​​entrelazados de Bose-Einstein, cada uno compuesto por 700 átomos, un equipo de físicos dirigido por Paolo Colciaghi e Yvan Li de la Universidad de Basilea en Suiza demostró que Paradoja de Einstein-Podolsky-Rosen (EPR) subir.

Los investigadores dicen que esto tiene implicaciones importantes para la metrología cuántica, el estudio de medir cosas bajo la teoría cuántica.

«Nuestros resultados representan la primera observación de la paradoja EPR con múltiples sistemas de partículas masivas separadas espacialmente». los investigadores escriben en su artículo.

«Muestran que el conflicto entre la mecánica cuántica y el realismo local no desaparece a medida que el tamaño del sistema aumenta a más de mil partículas masivas».

Aunque somos muy buenos para describir el universo matemáticamente, nuestra comprensión de cómo funcionan las cosas es, en el mejor de los casos, irregular.

Una de las herramientas que usamos para llenar un vacío es la mecánica cuántica, una teoría que se originó a principios del siglo XX, Fue defendida por el físico Niels Bohr, para describir el comportamiento de la materia atómica y subatómica. En este pequeño mundo, la física clásica se derrumba; Cuando las viejas reglas ya no se aplican, se deben establecer nuevas reglas.

Pero la mecánica cuántica no está exenta de fallas, y en 1935, tres físicos famosos encontraron una gran brecha. Albert Einstein, Boris Podolsky y Nathan Rosen describieron la famosa paradoja de Einstein-Podolsky-Rosen.

Nada puede viajar más rápido que la luz, ¿verdad? Pero se vuelve un poco complicado con el entrelazamiento cuántico, al que Einstein se refirió como «acción aterradora a distancia». Aquí es donde conectas dos (o más) partículas para que sus propiedades estén relacionadas; Si, por ejemplo, una partícula gira en una dirección, la otra gira en la otra.

Estas partículas mantienen esta asociación incluso a grandes distancias, y no está claro cómo ni por qué. Los científicos saben que si mides las propiedades de una partícula, puedes inferir las propiedades de la otra partícula, incluso a esa distancia.

Sin embargo, bajo la mecánica cuántica, una partícula no tendrá esas propiedades hasta que la midas (una rareza que fue explorada por el experimento mental de Schrödinger).

Y según la mecánica cuántica, si conoce una propiedad particular de una partícula, como su ubicación, no puede conocer otra, como su momento, con certeza. Este es el principio de incertidumbre de Heisenberg.

concepto de física clásica realismo local También establece que para que una cosa o energía afecte a otra, las dos deben interactuar.

Por lo tanto, la paradoja EPR es compleja. Cuando mide una partícula en un sistema entrelazado, esa medida afecta de alguna manera a la otra partícula, aunque la medida no se realice localmente.

También sabe más acerca de las partículas de lo que permite el Principio de Incertidumbre de Heisenberg. Y de alguna manera, ese efecto sucede instantáneamente, desafiando la velocidad de la luz.

Así, la paradoja EPR indica que la teoría de la mecánica cuántica está incompleta; No describe completamente la realidad del universo en el que vivimos. Los físicos lo han probado principalmente en sistemas pequeños y entrelazados, formados por un par de átomos o fotones, a menudo, en lo que se conoce como la prueba de Bell (después de su borrado, el físico John Stewart Bell).

Hasta ahora, todas las pruebas que Bell ha realizado han encontrado que el mundo real se comporta de una manera que contradice el realismo local. Pero, ¿qué tan profunda es esta paradoja?

Bueno, ahí es donde llegamos a los condensados ​​de Bose-Einstein, que son estados de la materia creados al enfriar una nube de bosones a una fracción por encima del cero absoluto. A temperaturas tan bajas, los átomos se hunden a su estado de energía más bajo posible sin detenerse por completo.

Cuando alcanzas estas energías más bajas, las propiedades cuánticas de las partículas no pueden interferir entre sí; Se acercan lo suficiente entre sí como para interferir, lo que da como resultado una nube de átomos de alta densidad que se comporta como un solo «superátomo» u onda de materia.

Colciaggi, Lee y sus colegas físicos Philipp Treutlin y Tilmann Ziebold, también de la Universidad de Basilea, produjeron condensados ​​de Bose-Einstein utilizando dos nubes, cada una de las cuales constaba de 700 átomos de rubidio-87. Separaron espacialmente estos condensados ​​hasta en 100 micrómetros y midieron las propiedades.

Midieron las propiedades cuánticas de los condensados ​​conocidos como pseudoespines y eligieron de forma independiente qué valor medir para cada nube.

Descubrieron que las propiedades de los capacitores parecen estar correlacionadas de una manera que no se puede atribuir al azar, lo que demuestra que la paradoja EPR es consistente en una escala mucho mayor que las pruebas anteriores de Bell.

Las implicaciones de los hallazgos del equipo son muy relevantes para futuras investigaciones cuánticas.

«Nuestro experimento es particularmente adecuado para aplicaciones de medición cuántica. Uno podría, por ejemplo, usar uno de los dos sistemas como microsensor para probar campos y fuerzas con alta resolución espacial y el otro como referencia para reducir el ruido cuántico para el primer sistema. » los investigadores escriben en su artículo.

«Demostrar el entrelazamiento de EPR en combinación con la separación espacial y la direccionabilidad individual de los sistemas involucrados no solo es importante desde un punto de vista fundamental, sino que también proporciona los ingredientes necesarios para explotar el entrelazamiento de EPR en muchos sistemas de partículas como un recurso».

Ahora ve a tomar una taza de té y siéntate. Tu lo tienes.

Investigación publicada en X revisión física.