Az a fajta dolog, ami miatt az ember csak ül és bámul

Van olyan pillanat, amikor valami olyat olvasol a világegyetemről, hogy egyszerűen muszáj megállnod és hagynod, hogy az agyad feldolgozza. Nekem most épp ez a helyzet.

A lényeg: az Oxfordi Egyetem fizikusai, akik a CERN Nagy Hadronütköztetőjével dolgoznak (azzal a hatalmas, föld alatti gyűrűvel Svájcban, ahol részecskéket ütköztetnek fénysebesség-közeli sebességgel), most bebizonyították, hogy a kvantum-összefonódás – az a híresen furcsa jelenség, amit Einstein "kísérteties távoli hatásnak" nevezett – képes túlélni a legszélsőségesebb körülmények között is.

És nem csak túlélni. Virágozni.

Mi a csuda az a kvantum-összefonódás?

próbálom leegyszerűsíteni, hogy ne kelljen fizikusnak lenned ahhoz, hogy megértsd. Képzeld el, hogy van két részecskéd, amelyek együtt keletkeztek vagy valahogy kölcsönhatásba léptek egymással. Amint összefonódnak, furcsa módon össze vannak kapcsolva – bármennyire is eltávolítod őket egymástól.

A legszebb rész: ha megmérsz egy részecskét, azonnal tudsz valamit a párjáról is. Mérd meg az egyiket, forgasd el a másikat, és olyan, mintha még mindig beszélgetnének egymással, bármekkora távolságra is legyenek egymástól. Az univerzum két ellenkező oldalán lehetnének, és ez a kapcsolat akkor is működne.

Einsteinnek ez egyáltalán nem tetszett. Úgy gondolta, kell lennie valamilyen rejtett változónak, valami mélyebb magyarázatnak. Híresen "kísérteties távoli hatásnak" nevezte, és éveket töltött azzal, hogy cáfolja.

De tévedett. (Na jó, ebben tévedett. Azért még offenszív, sok másban zseniális volt.)

A kvantumvilág nehézsúlyú bajnokai

Na de itt jön a lényeg, ami ezt az új kutatást annyira izgalmassá teszi.

A tudósok évtizedek óta ismerik az összefonódást, és sok rendszerben látták már – fotonokban, elektronokban, csapdába ejtett ionokban, sőt top kvarkokban is. De ezek mind viszonylag jól viselkedő kvantumrendszerek, amelyeket gondosan lehet tanulmányozni laboratóriumokban.

Az oxfordi csapat tovább akart menni. Azt akarták megtudni: vajon az összefonódás túlélheti-e egy részecskegyorsító abszolút káoszát?

Konkrétan a Z bozonokat vizsgálták. Ezek a részecskék:

• Hihetetlenül nehezek (na jó, szubatomi részecskékhez képest)
• Csak egy másodperc töredékéig léteznek, mielőtt elbomlanak
• Higgs bozonok bomlásából születnek
• Akkor jönnek létre, amikor protonok ütköznek egymásnak a fénysebesség 99,99%-ával, tizenhárom billió elektronvoltos energiával

Igen, olyan részecskékről beszélünk, amelyek az emberiség által valaha létrehozott egyik legbrutálisabb ütközésben keletkeznek.

Kvantum-mágia a romok között

És itt jön a ravasz rész. A Z bozonok szinte azonnal eltűnnek, de nyomokat hagynak. Amikor egy Z bozon elbomlik, elektronokat vagy müonokat (az elektronok nehezebb unokatestvéreit) termel. Az LHC ATLAS detektora hihetetlen pontossággal képes mérni ezeket a bomlástermékeket.

Azoknak a szögeinek az elemzésével, amelyekkel ezek a részecskék kiléptek, a kutatók rekonstruálni tudták az eredeti Z bozonok spinjét. És amikor megnézték, megtalálták az összefüggéseket – az összefonódás kvantum-ujjlenyomatát – mégpedig érintetlenül.

Más szóval: a kísérteties hatás nagyon is élt és virult, még ebben a szélsőséges energia és káosszal teli környezetben is.

Alan Barr professzor, az Oxfordból, aki részt vett az LHC megépítésében és évek óta küzd azért, hogy kvantumkísérletekre is használják, gyönyörűen fogalmazott:

„Az, hogy épségben megtaláljuk ilyen nehéz és rövid élettartamú részecskék között, mint a Z bozonok, amelyek a Földön előállítható egyik legnagyobb erejű ütközésben keletkeznek, pontosan mutatja, mennyire alapvető és robusztus ez a kvantumhatás."

Miért fontos ez (a „de hűha"-en kívül)

Lehet, hogy azt gondolod: „Oké, klassz a fizikusoknak, de miért kéneene érdekeljen engem?"

Jogos kérdés. Íme, miért nagy ügy:

1. Bizonyítja, hogy a kvantummechanika mindenhol működik. Nem csak gondosan ellenőrzött laboratóriumi körülmények között látjuk az összefonódást. Ugyanazok a szabályok, amelyek egy nap talán kvantumszámítógépeket fognak működtetni, működnek a természet leg szélsőségesebb környezeteiben is.

2. Hidat épít két világ között. Ez a kutatás egy nagyobb erőfeszítés része, amely a kvantuminformációs tudományt – a kvantumszámítástechnika mögötti területet – összekapcsolja a nagy energiájú részecskefizikával. A kutatók a kvantumrendszerekhez kidolgozott koncepciókat alkalmazzák a részecskegyorsítók által termelt hatalmas adathalmazokra, remélve, hogy olyan mintákat találnak, amelyek nem illeszkednek a jelenlegi tudásunk kereteibe.

3. Új fizikát tárhat fel. Ezek a technikák végül olyan finom hatásokat észlelhetnek, amelyek a jelenleg ismert fizikán túli jelenségekre utalnak – talán még olyan nyomokra is, amelyek a valóság alapvető természetéről szólnak.

Kiderül, hogy a világegyetem sokkal jobban össze van kapcsolva, mint valaha is gondoltuk.

A lényeg

Imádom, hogy ez a kutatás emlékeztet minket, milyen furcsa és gyönyörű a kvantumvilág. Hajlamosak vagyunk úgy gondolni a kvantummechanikára, mint valamire, ami csak apró, törékeny laboratóriumi kísérletekben történik – könnyen megzavarható, könnyen elveszíthető.

De ez nem az, amit ez a tanulmány mutat.

A kvantum-összefonódás nem törékeny. Nem csak laboratóriumi kuriózum. A valóság szövetébe van beleszőve, még akkor is fennmarad, amikor részecskék olyan körülmények között keletkeznek, amelyek szinte bármit elpusztítanának.

Ugyanazok a „furcsa kvantumszabályok", amelyek egy nap talán lehetetlenül erős számítógépeket fognak adni, mindenhol működnek a természetben – talán olyan módokon is, amelyeket még el sem kezdtünk megérteni.

És őszintén? Ezt valahogy megnyugtatónak találom.