Kun kvanttimekaniikka kestää myrskyn

On sellaisia hetkiä, kun jotain oppii maailmankaikkeudesta ja on pakko vain hiljentyä hetkeksi. Tällainen hetki tuli juuri nyt.

Fyysikot Oxfordin yliopistosta työskentelivät CERNin Large Hadron Colliderin kanssa — se valtava maanalainen rengas Sveitsissä, jossa hiukkasia törmäytetään lähes valon nopeudella. He osoittivat, että kvanttisidonta voi selviytyä joissakin extreme-olosuhteista.

Ja ei vain selviytyä. Se voi kukoistaa.

Mitä kvanttisidonta oikein on?

Asian selittäminen ilman fysiikan tutkintoa: kuvittele kaksi hiukkasta, jotka syntyivät yhdessä tai ovat vuorovaikuttaneet. Kun ne ovat kietoutuneet toisiinsa, ne ovat yhteydessä toisiinsa — oli etäisyys mikä tahansa.

Miten tämä toimii? Kun mittaat toisen hiukkasen, tiedät samalla jotain sen parista. Ne kommunikoivat ikään kuin跨越大，距离越远 — olivatpa ne maailmankaikkeuden vastakkaisilla puolilla.

Einstein ei pitänyt tästä yhtään. Hän uskoi, että täytyy olla piilossa olevia muuttujia, jokin syvempi selitys. Hän kutsui sitä "hämäräksi toiminnaksi etäisyyden yli" ja käytti vuosia sen kumoamiseen.

Hän oli väärässä. (No, tässä asiassa väärässä. Muuten hän oli tietysti edelleen loistava.)

Kvanttimaailman raskaan sarjan mestarit

Tämä uusi tutkimus on jännittävä monesta syystä.

Tiedemiehet ovat tienneet sidonnasta vuosikymmeniä. He ovat nähneet sen monissa järjestelmissä — fotoneissa, elektroneissa, vangituissa ioneissa, jopa top-kvarkeissa. Mutta nämä kaikki ovat suhteellisen hallittuja kvanttijärjestelmiä, joita voi tutkia laboratorioissa.

Oxforodin tiimi halusi viedä tutkimuksen pidemmälle. He kysyivät: voiko sidonta selviytyä hiukkastörmäyttimen kaoottisuudessa?

Erityisesti he tutkivat Z-bosoneja. Nämä hiukkaset:

• Ovat uskomattoman raskaita (alihiukkasten mittakaavassa)
• Elävät vain murto-osan sekunnista ennen hajoamistaan
• Syntyvät Higgs-bosonien hajoamisesta
• Luodaan kun protonit törmäävät toisiinsa 99,99 prosentin valon nopeudella

Kyllä, puhumme hiukkasista, jotka syntyvät yhdessä väkivalvaisimmista törmäyksistä, joita ihmiskunta on koskaan tuottanut.

Kvanttimaagian löytäminen tuhojen keskeltä

Tässä on se nerokas osuus. Z-bosonit katoavat melkein heti, mutta jättävät jälkiä. Kun Z-bosoni hajoaa, syntyy elektroneja tai myoneja (elektronien raskaampia serkkuja). LHC:n ATLAS-detektori pystyy mittaamaan nämä hajoamistuotteet uskomattomalla tarkkuudella.

Analysoimalla kulmia, joissa nämä hiukkaset ilmestyivät, tutkijat pystyivät rekonstruoimaan alkuperäisten Z-bosonien spinit. Ja kun he tekivät sen, he löysivät korrelaatiot — kvanttisidonnan sormenjäljen — yhä läsnä.

Toisin sanoen: hämärä toiminta oli elossa ja voi hyvin, jopa tässä äärimmäisen energian ja kaaoksen ympäristössä.

Professori Alan Barr Oxfordin yliopistosta, joka rakensi LHC:tä ja on työntänyt sen käyttöä kvantkokeisiin, sanoi kauniisti:

"Löytää se elossa ja voimissaan näin raskaiden ja lyhytikäisten hiukkasten joukosta kuin Z-bosonit, syntyneinä yhdessä väkivalvaisimmista törmäyksistä, joita voimme tuottaa maan päällä, osoittaa, kuinka perustavanlaatuinen ja kestävä tämä kvantti-ilmiö todella on."

Miksi tällä on väliä (jos se kiinnostaa)

Saattaa miettiä: "Okei, se on siistiä fyysikoille, mutta miksi minun pitäisi välittää?"

Hyvä kysymys. Tässä syyt:

1. Se osoittaa, että kvanttimekaniikka toimii kaikkialla. Emme näe sidontaa vain huolellisesti hallituissa laboratorioloissa. Samat säännöt, jotka saattavat有一天 voivat käyttää kvanttitietokoneita, toimivat extreme-ympäristöissä.

2. Se on silta kahden maailman välillä. Tämä tutkimus on osa kasvavaa pyrkimystä tuoda kvantti-informaatiotiede — ala kvanttilaskennan takana — korkean energian hiukkasfysiikkaan. Tutkijat soveltavat kvanttijärjestelmiä varten kehitettyjä käsitteitä hiukkastörmäyttimien valtaviin datasetteihin, etsien kaavoja, jotka eivät sovi nykyiseen ymmärrykseemme.

3. Se saattaa paljastaa uutta fysiikkaa. Nämä tekniikat saattavat lopulta havaita hienovaraisia vaikutuksia, jotka viittaavat fysiikkaan nykyisen tietämyksemme ulkopuolella — ehkä jopa vihjeitä todellisuuden perimmäisestä luonteesta.

Maailmankaikkeus on yhteydessä enemmän kuin koskaan kuvittelimme.

Mikä jää käteen

Pidän siitä, että tämä tutkimus muistuttaa meitä kvantimaailman oudosta ja kauniista luonteesta. Meillä on taipumus ajatella, että kvanttimekaniikka tapahtuu vain pienissä, herkissä laboratoriokokeissa — helposti häiriintyen, helposti katoillen.

Mutta tutkimus ei osoita sitä.

Kvanttisidonta ei ole haurasta. Se ei ole vain laboratorion uteliaisuus. Se on kudottu todellisuuden kankaaseen, säilyen jopa silloin, kun hiukkaset syntyvät olosuhteissa, jotka tuhoaisivat melkein minkä tahansa muun.

Samoin "kvanttimekaniikan oudot säännöt", jotka saattavat有一天 antaa нам uskomattoman tehokkaita tietokoneita, toimivat kaikkialla luonnossa — ehkä myös tavoilla, joita emme ole vielä alkaneet ymmärtää.

Ja rehellisesti sanottuna? Löydän siitä lohdutusta.