Dalam ujian terbesar, fisikawan telah menemukan paradoks kunci dalam mekanika kuantum dan menemukan bahwa itu bertahan bahkan untuk awan ratusan atom.

Menggunakan dua kondensat Bose-Einstein yang terjerat, masing-masing terdiri dari 700 atom, tim fisikawan yang dipimpin oleh Paolo Colciaghi dan Evan Li dari University of Basel di Swiss menunjukkan bahwa Paradoks Einstein-Podolsky-Rosen (EPR) naik.

Para peneliti mengatakan ini memiliki implikasi penting untuk metrologi kuantum – studi tentang mengukur sesuatu di bawah teori kuantum.

“Hasil kami mewakili pengamatan pertama paradoks EPR dengan beberapa sistem partikel masif yang terpisah secara spasial.” para peneliti menulis di makalah mereka.

“Mereka menunjukkan bahwa konflik antara mekanika kuantum dan realisme lokal tidak hilang karena ukuran sistem meningkat menjadi lebih dari seribu partikel masif.”

Meskipun kami sangat pandai menggambarkan alam semesta secara matematis, pemahaman kami tentang bagaimana segala sesuatu bekerja tidak merata.

Salah satu alat yang kami gunakan untuk mengisi kekosongan adalah mekanika kuantum, sebuah teori yang berasal dari awal abad ke-20, Itu dipertahankan oleh fisikawan Niels Bohr, untuk menggambarkan perilaku materi atom dan subatomik. Di dunia kecil ini, fisika klasik rusak; Ketika aturan lama tidak berlaku lagi, aturan baru harus dibuat.

Tetapi mekanika kuantum bukannya tanpa kekurangan, dan pada tahun 1935, tiga fisikawan terkenal menemukan celah besar. Albert Einstein, Boris Podolsky, dan Nathan Rosen menggambarkan paradoks Einstein-Podolsky-Rosen yang terkenal.

Tidak ada yang bisa bergerak lebih cepat dari cahaya, bukan? Tapi itu menjadi sedikit rumit dengan keterikatan kuantum, yang disebut Einstein sebagai “aksi menakutkan dari kejauhan.” Di sinilah Anda menghubungkan dua (atau lebih) partikel sehingga sifat-sifatnya terkait; Jika, misalnya, satu partikel berputar ke satu arah, yang lain berputar ke arah lain.

Partikel-partikel ini mempertahankan hubungan ini bahkan pada jarak yang sangat jauh, dan tidak jelas bagaimana atau mengapa. Para ilmuwan mengetahui bahwa jika Anda mengukur sifat-sifat satu partikel, Anda dapat menyimpulkan sifat-sifat partikel lain, bahkan pada jarak itu.

Namun, di bawah mekanika kuantum, sebuah partikel tidak akan memiliki sifat tersebut sampai Anda mengukurnya (keanehan yang dieksplorasi oleh eksperimen pemikiran Schrödinger).

Dan di bawah mekanika kuantum, jika Anda mengetahui satu sifat tertentu dari sebuah partikel, seperti lokasinya, Anda tidak dapat mengetahui sifat lainnya, seperti momentumnya, dengan pasti. Ini adalah prinsip ketidakpastian Heisenberg.

konsep fisika klasik realisme lokal Ini juga menyatakan bahwa agar satu hal atau energi mempengaruhi yang lain, keduanya harus berinteraksi.

Dengan demikian, paradoks EPR itu kompleks. Saat Anda mengukur satu partikel dalam sistem yang terjerat, pengukuran itu memengaruhi partikel lain, meskipun pengukuran tidak dilakukan secara lokal.

Anda juga mengetahui lebih banyak tentang partikel daripada yang diizinkan berdasarkan Prinsip Ketidakpastian Heisenberg. Dan entah bagaimana, efek itu terjadi seketika, menentang kecepatan cahaya.

Jadi, paradoks EPR menunjukkan bahwa teori mekanika kuantum tidak lengkap; Itu tidak sepenuhnya menggambarkan realitas alam semesta tempat kita hidup. Sebagian besar fisikawan telah mengujinya pada sistem kecil yang terjerat, terdiri dari sepasang atom atau foton, seringkali, dalam apa yang dikenal sebagai uji Bell (setelah dihapus, fisikawan John Stewart Bell).

Sejauh ini, setiap tes yang dilakukan Bell telah menemukan bahwa dunia nyata berperilaku dengan cara yang bertentangan dengan realisme lokal. Tapi seberapa dalam paradoks ini?

Nah, di situlah kita sampai pada kondensat Bose-Einstein, yang merupakan keadaan materi yang tercipta dengan mendinginkan awan boson hingga sepersekian di atas nol mutlak. Pada suhu serendah itu, atom tenggelam ke keadaan energi serendah mungkin tanpa berhenti sama sekali.

Ketika Anda mencapai energi yang lebih rendah ini, sifat kuantum partikel tidak dapat saling mengganggu; Mereka cukup dekat satu sama lain untuk saling mengganggu, menghasilkan awan atom berkepadatan tinggi yang berperilaku seperti “atom super” tunggal, atau gelombang materi.

Colciaggi, Lee, dan sesama fisikawan Philipp Treutlin dan Tilmann Ziebold, juga dari University of Basel, menghasilkan kondensat Bose-Einstein menggunakan dua awan, masing-masing terdiri dari 700 atom rubidium-87. Mereka memisahkan kondensat ini secara spasial hingga 100 mikrometer dan mengukur propertinya.

Mereka mengukur sifat kuantum kondensat yang dikenal sebagai pseudospin, secara mandiri memilih nilai mana yang akan diukur untuk setiap awan.

Mereka menemukan bahwa properti kapasitor tampaknya berkorelasi dengan cara yang tidak dapat dikaitkan dengan kebetulan acak, menunjukkan bahwa paradoks EPR konsisten pada skala yang jauh lebih besar daripada tes Bell sebelumnya.

Implikasi dari temuan tim sangat relevan untuk penelitian kuantum di masa depan.

“Eksperimen kami sangat cocok untuk aplikasi pengukuran kuantum. Seseorang dapat, misalnya, menggunakan salah satu dari dua sistem sebagai sensor kecil untuk menyelidiki medan dan gaya dengan resolusi spasial tinggi dan yang lainnya sebagai referensi untuk pengurangan kebisingan kuantum dari sistem pertama. .” para peneliti menulis di makalah mereka.

“Mendemonstrasikan keterikatan EPR dalam kombinasi dengan pemisahan spasial dan kemampuan pengalamatan individu dari sistem yang terlibat tidak hanya penting dari sudut pandang fundamental tetapi juga menyediakan bahan yang diperlukan untuk mengeksploitasi keterikatan EPR dalam banyak sistem partikel sebagai sumber daya.”

Sekarang minumlah secangkir teh dan duduklah. Anda sudah mendapatkannya.

Riset dipublikasikan di * Review Fisik.