Noe som virkelig fikk meg til å stoppe opp

Har du noen gang lært noe om universet som rett og slett krever at du setter deg ned og lar det synke inn? Ja, akkurat nå har jeg den følelsen.

Her er greia: Fysikere ved University of Oxford, som jobber med CERNs Large Hadron Collider (den massive underjordiske ringen i Sveits der de denger partikler sammen i nær lyshastighet), har nettopp vist at kvanteinnfiltring – det merkelige fenomenet Einstein kalte "spøkelsesaktig handling på avstand" – kan overleve i noen av de mest ekstreme forholdene vi kan forestille oss.

Og ikke bare overleve. Blomstre.

Hva i all verden er kvanteinnfiltring?

La meg forklare dette uten at du trenger en doktorgrad i fysikk. Tenk deg at du har to partikler som ble skapt sammen eller har samvirket på noe vis. Når de er innfiltret, er de koblet sammen på en veldig rar måte – uansett hvor langt du skiller dem.

Her kommer det ville: måler du én partikkel, vet du øyeblikkelig noe om partneren. Mål én, snu den andre, og det er som om de fremdeles har en samtale på tvers av enhver avstand. De kunne vært på hver sin side av universet, og denne koblingen ville fortsatt holde.

Einstein var ikke fornøyd med dette. Han mente det måtte finnes en skjult variabel, en dypere forklaring. Han kalte det berømt "spøkelsesaktig handling på avstand" og brukte år på å prøve å motbevise det.

Han tok feil. (Vel, han tok feil her. Han var fortsatt åpenbart genial på mange andre ting.)

Tungvektsmestrene i kvanteverdenen

Her er hva som gjør denne nye forskningen så spennende.

Forskere har kjent til innfiltring i tiår, og de har sett det i mange systemer – fotoner, elektroner, fangede ioner, til og med toppkvarker. Men dette er alle relativt tamme kvantesystemer som vi kan studere nøye i laboratorier.

Oxfor-teamet ville gå lenger. De ville vite: kunne innfiltring overleve i den absolutte kaoset i en partikkelakselerator?

Spesifikt så de på Z-bosoner. Dette er partikler som:

• Er utrolig tunge (for subatomiske partikler, i alle fall)
• Eksisterer i bare en brøkdel av et sekund før de henfaller
• Fødes ved henfall av Higgs-bosoner
• Skapes når protoner kolliderer i 99,99 % av lyshastigheten med energier på tretten billioner elektronvolt

Ja, vi snakker om partikler skapt i noen av de mest voldsomme kollisjonene mennesker noen gang har fremkalt.

Å finne kvantemagi i ruinene

Her er den smarte delen. Z-bosoner forsvinner nesten med én gang, men de etterlater seg spor. Når et Z-boson henfaller, produserer det elektroner eller myoner (tyngrekusiner av elektroner). ATLAS-detektoren ved LHC kan måle disse henfallsproduktene med utrolig presisjon.

Ved å analysere vinklene disse partiklene kom ut med, kunne forskerne rekonstruere spinnet til de opprinnelige Z-bosonene. Og da de gjorde det, fant de korrelasjonene – kvanteavtrykket til innfiltring – fremdeles til stede og korrekt.

Med andre ord: den spøkelsesaktige handlingen var i beste velgående, selv i dette miljøet av ekstrem energi og kaos.

Professor Alan Barr fra Oxford, som var med på å bygge LHC og har presset på for å bruke den til kvanteeksperimenter, sa det vakkert:

"Å finne det i god form blant partikler så tunge og kortlivede som Z-bosoner, skapt i noen av de mest voldsomme kollisjonene vi kan produsere på Jorda, viser hvor fundamental og robust denne kvanteeffekten virkelig er."

Hvorfor dette betyr noe (bortsett fra at det er kult)

Du tenker kanskje: "Greit, det er kult for fysikere, men hvorfor skulle jeg bry meg?"

Rettferdig spørsmål. Her er hvorfor dette er viktig:

1. Det viser at kvantemekanikk fungerer overalt. Vi ser ikke bare innfiltring i nøye kontrollerte laboratorieforhold. De samme reglene som kanskje en dag vil drive kvantedatamaskiner, er i arbeid i de mest ekstreme miljøene naturen tilbyr.

2. Det er en bro mellom to verdener. Denne forskningen er en del av en voksende innsats for å bringe kvanteinformasjonsvitenskap – feltet bak kvantedatabehandling – inn i høyenergi-partikkelfysikk. Forskere bruker konsepter utviklet for kvantesystemer på de enorme datasettene fra partikkelakseleratorer, i håp om å finne mønstre som ikke passer inn i vår nåværende forståelse.

3. Det kan avsløre ny fysikk. Disse teknikkene kan til slutt oppdage subtile effekter som antyder fysikk utover det vi foreløpig kjenner til – kanskje til og med spor om virkelighetens dypere natur.

Universet, viser det seg, er mer sammenkoblet enn vi noen gang har forestilt oss.

Konklusjonen

Jeg elsker at denne forskningen minner oss på hvor rart og vakkert kvanteverdenen virkelig er. Vi har en tendens til å tenke på kvantemekanikk som noe som bare skjer i små, skjøre labforsøk – lett forstyrret, lett tapt.

Men det er ikke det denne studien viser.

Kvanteinnfiltring er ikke skjørt. Det er ikke bare en laboratoriekuriositet. Det er vevd inn i virkelighetens stoff selv, og det varer ved selv når partikler skapes under forhold som ville utslette nesten alt annet.

De samme "merkelige kvantereglene" som kanskje en dag vil gi oss umåtelig kraftige datamaskiner, er i arbeid overalt i naturen – kanskje til og med på måter vi ikke har begynt å forstå.

Og ærlig talt? Jeg synes det er trøstende på et eller annet vis.