Physiker haben den bisher größten Test des Einstein-Podolsky-Rosen-Paradoxons durchgeführt: ScienceAlert

Im bislang größten Test haben Physiker ein Schlüsselparadoxon der Quantenmechanik entdeckt und herausgefunden, dass es selbst für Wolken aus Hunderten von Atomen bestehen bleibt.

Das zeigte ein Team von Physikern unter der Leitung von Paolo Colciaghi und Evan Li von der Universität Basel in der Schweiz anhand von zwei verschränkten Bose-Einstein-Kondensaten, die jeweils aus 700 Atomen bestehen Einstein-Podolsky-Rosen-Paradoxon (EPR) geh hinauf.

Die Forscher sagen, dass dies wichtige Auswirkungen auf die Quantenmetrologie hat – die Untersuchung der Messung von Dingen im Rahmen der Quantentheorie.

„Unsere Ergebnisse stellen die erste Beobachtung des EPR-Paradoxons mit mehreren räumlich getrennten massiven Teilchensystemen dar.“ schreiben die Forscher in ihrer Arbeit.

„Sie zeigen, dass der Konflikt zwischen Quantenmechanik und lokalem Realismus nicht verschwindet, wenn die Größe des Systems auf mehr als tausend massive Teilchen ansteigt.“

Obwohl wir das Universum mathematisch sehr gut beschreiben können, ist unser Verständnis davon, wie die Dinge funktionieren, bestenfalls lückenhaft.

Eines der Werkzeuge, mit denen wir eine Lücke schließen, ist die Quantenmechanik, eine Theorie, die im frühen 20. Jahrhundert entstand. Es wurde vom Physiker Niels Bohr verteidigt, um das Verhalten atomarer und subatomarer Materie zu beschreiben. In dieser kleinen Welt bricht die klassische Physik zusammen; Wenn alte Regeln nicht mehr gelten, müssen neue Regeln eingeführt werden.

Doch die Quantenmechanik ist nicht ohne Mängel, und 1935 entdeckten drei berühmte Physiker eine große Lücke. Albert Einstein, Boris Podolsky und Nathan Rosen beschrieben das berühmte Einstein-Podolsky-Rosen-Paradoxon.

Nichts kann sich schneller fortbewegen als Licht, oder? Etwas knifflig wird es jedoch bei der Quantenverschränkung, die Einstein als „erschreckende Fernwirkung“ bezeichnete. Hier verbinden Sie zwei (oder mehr) Partikel, sodass ihre Eigenschaften verknüpft sind. Wenn sich beispielsweise ein Teilchen in die eine Richtung dreht, dreht sich das andere in die andere.

Diese Partikel behalten diese Verbindung auch über große Entfernungen bei, und es ist nicht klar, wie oder warum. Wissenschaftler wissen, dass man aus der Messung der Eigenschaften eines Teilchens Rückschlüsse auf die Eigenschaften des anderen Teilchens ziehen kann, selbst in dieser Entfernung.

Nach der Quantenmechanik hat ein Teilchen diese Eigenschaften jedoch erst dann, wenn man es misst (eine Kuriosität, die im Schrödinger-Gedankenexperiment untersucht wurde).

Und wenn man nach der Quantenmechanik eine bestimmte Eigenschaft eines Teilchens kennt, etwa seinen Ort, kann man eine andere, etwa seinen Impuls, nicht mit Sicherheit kennen. Dies ist Heisenbergs Unschärferelation.

Konzept der klassischen Physik Lokaler Realismus Darin heißt es auch, dass eine Interaktion zwischen einer Sache oder einer Energie auf eine andere erfolgen muss.

Daher ist das EPR-Paradoxon komplex. Wenn Sie ein Teilchen in einem verschränkten System messen, wirkt sich diese Messung irgendwie auf das andere Teilchen aus, auch wenn die Messung nicht lokal erfolgt.

Sie wissen auch mehr über Teilchen, als nach Heisenbergs Unschärferelation zulässig ist. Und irgendwie tritt dieser Effekt sofort ein und trotzt der Lichtgeschwindigkeit.

Somit weist das EPR-Paradoxon darauf hin, dass die Theorie der Quantenmechanik unvollständig ist; Es beschreibt nicht vollständig die Realität des Universums, in dem wir leben. Physiker haben es meist an kleinen, verschränkten Systemen getestet, die aus einem Atom- oder Photonenpaar bestehen, oft im sogenannten Bell-Test (nach seiner Löschung vom Physiker John Stewart Bell).

Bisher hat jeder von Bell durchgeführte Test herausgefunden, dass sich die reale Welt auf eine Weise verhält, die dem lokalen Realismus widerspricht. Aber wie tief ist dieses Paradoxon?

Nun, hier kommen wir zu Bose-Einstein-Kondensaten, das sind Materiezustände, die durch Abkühlung einer Bosonenwolke auf einen Bruchteil über dem absoluten Nullpunkt entstehen. Bei solch niedrigen Temperaturen sinken Atome auf ihren niedrigstmöglichen Energiezustand, ohne vollständig zum Stillstand zu kommen.

Wenn diese niedrigeren Energien erreicht werden, können die Quanteneigenschaften der Teilchen nicht miteinander interferieren; Sie kommen einander so nahe, dass sie interferieren, was zu einer hochdichten Atomwolke führt, die sich wie ein einzelnes „Superatom“ oder eine Materiewelle verhält.

Colciaggi, Lee und ihre Physikkollegen Philipp Treutlin und Tilmann Ziebold, ebenfalls von der Universität Basel, stellten Bose-Einstein-Kondensate aus zwei Wolken her, die jeweils aus 700 Rubidium-87-Atomen bestanden. Sie trennten diese Kondensate räumlich um bis zu 100 Mikrometer und vermaßen die Eigenschaften.

Sie maßen die Quanteneigenschaften von Kondensaten, die als Pseudospins bekannt sind, und wählten unabhängig voneinander aus, welcher Wert für jede Wolke gemessen werden sollte.

Sie fanden heraus, dass die Eigenschaften der Kondensatoren offenbar auf eine Art und Weise korrelieren, die nicht dem Zufall zugeschrieben werden kann, was zeigt, dass das EPR-Paradoxon in einem viel größeren Maßstab konsistent ist als frühere Bell-Tests.

Die Implikationen der Erkenntnisse des Teams sind für die zukünftige Quantenforschung von großer Relevanz.

„Unser Experiment eignet sich besonders für Quantenmessanwendungen. Man könnte zum Beispiel eines der beiden Systeme als Mikrosensor zur Untersuchung von Feldern und Kräften mit hoher Ortsauflösung nutzen und das andere als Referenz zur Reduzierung des Quantenrauschens für das erste System.“ “ schreiben die Forscher in ihrer Arbeit.

„Der Nachweis der EPR-Verschränkung in Kombination mit der räumlichen Trennung und individuellen Adressierbarkeit der beteiligten Systeme ist nicht nur aus grundlegender Sicht wichtig, sondern liefert auch die notwendigen Voraussetzungen, um die EPR-Verschränkung in vielen Partikelsystemen als Ressource zu nutzen.“

Jetzt geh, trink eine Tasse Tee und setz dich. Du hast es.

Forschung veröffentlicht in X körperliche Untersuchung.