Az első összefonódott, mozgó atomok: az univerzum új csodája

Érdemes megérteni, hogy a fizikában most először sikerült megfigyelni két mozgásban lévő atom kvantumösszefonódását. Ez a felfedezés Albert Einstein híres „kísérteties távolhatásának” egy újabb bizonyítéka. A kutatók ultrahideg héliumatomokat használtak, és ezek sebességét és irányát figyelték meg, hogy bebizonyítsák: a kvantumfizika egyik legfurcsább jelensége, az összefonódás – amikor két részecske állapota azonnal összekapcsolódik – valóban létezik az anyagi részecskéknél is. Ez az áttörés azért kiemelkedő, mert mindeddig csak fotonokkal vagy atomok belső spinjeivel sikerült bizonyítani az effektust, most viszont az atomok mozgását vizsgálták.

Az impulzus-összefonódás forradalma

A kutatócsoport héliumot választott, mert hosszú ideig izgatott állapotban tartható – ennek élettartama körülbelül két óra, ami laboratóriumi körülmények között elég hosszúnak számít. Így minden egyes atomot külön-külön is érzékelni lehet a detektorban, lehetővé téve, hogy a mozgások háromdimenziós térképét atomról atomra rekonstruálják. Ehhez abszolút zérus közeli hőmérsékletre hűtötték le a héliumfelhőt, így az atomok mozgása lelassult, kvantumállapotaik pedig egyetlen közös objektummá olvadtak össze, amit Bose–Einstein-kondenzátumnak neveznek.

Az összefonódás igazolása és jelentősége

Különböző irányokba irányított lézerimpulzusokkal három részre osztották a kondenzátumot: egy felfelé, egy lefelé és egy helyben maradó csoportra. Amikor a mozgó felhők keresztezték a helyben állókat, az atomok párosával ütköztek és ellentétes irányokba szóródtak, létrehozva az úgynevezett „szóródási halókat”. Alacsony sűrűség mellett minden kísérletnél csak egyetlen pár szóródik, és a pár kvantumállapota szuperpozícióban marad. Az összefonódás bizonyításához Rarity–Tapster-interferométert használtak – ezt az eszközt eddig csak fotonokkal alkalmazták, most először anyaghullámokra. A mérési eredményeket semmilyen klasszikus elmélet nem magyarázta.

Kvantumelmélet diadala – és a következő lépés

A kutatók egy hónapon át gyűjtötték és elemezték az adatokat, többéves előkészítő munkát követően. Sikerült igazolni, hogy a kvantummechanika előrejelzései nemcsak elméletben, hanem a valóságban is működnek – még ha az emberi agy nehezen is fogja fel, hogy az atomok nem kis gömbökként, hanem szétterült hullámként viselkednek.

Már készül az újabb, még összetettebb kísérlet, amelyben kétféle héliumizotóppal (hélium-3 és hélium-4) szeretnének egyszerre tömegükben és mozgásukban is összefonódott párokat létrehozni. Ez a megközelítés komoly kihívást jelent a kvantumgravitációs elméleteknek, mert az ilyen állapotokat a hagyományos általános relativitáselmélet már nem képes leírni.

2026, adminboss, www.livescience.com alapján