Något som fick mig att stanna upp

Låt mig berätta om något som bokstavligen fick mig att sätta mig ner en stund.

Fysiker vid University of Oxford, tillsammans med forskare vid CERN:s Large Hadron Collider — den jättelika underjordiska ringen i Schweiz där man krockar partiklar med hastigheter nära ljusets — har precis visat att kvantintrassling faktiskt kan överleva i några av de mest extrema miljöer vi kan föreställa oss.

Och inte bara överleva. Blomstra.

Vad är kvantintrassling egentligen?

Låt mig förklara utan att det krävs en doktorsexamen i fysik. Tänk dig två partiklar som skapades tillsammans eller interagerade på något sätt. När de väl är intrasslade är de förbundna på ett väldigt konstigt sätt — oavsett hur långt du separerar dem.

Det galna? Mäter du den ena partikeln, vet du omedelbart något om dess partner. Det spelar ingen roll om de befinner sig på motsatta sidor av universum. De kommunicerar fortfarande, och detta omedelbart.

Einstein var inte glad över detta. Han trodde att det måste finnas någon dold variabel, någon djupare förklaring. Han kallade det "spöklik handling på avstånd" och ägnade år åt att försöka motbevisa det.

Han hade fel. (Bara om detta, förstås. Han var fortfarande geni på många andra saker.)

Tungviktarna i kvantvärlden

Det här är varför den nya forskningen är så spännande.

Forskare har känt till intrassling i decennier, och de har sett det i många system — fotoner, elektroner, infångade joner, till och med toppkvarkar. Men dessa är alla relativt välbeteende kvantsystem som vi kan studera noggrant i labb.

Oxford-teamet ville pressa gränserna. De ville veta: kan intrassling överleva i kaoset hos en partikelkollision?

Specifikt tittade de på Z-bosoner. Dessa partiklar:

• Är otroligt tunga (för subatomära partiklar, i alla fall)
• Lever bara en bråkdel av en sekund innan de sönderfaller
• Födds när Higgs-bosoner sönderfaller
• Skapas när protoner krockar med 99,99 procent av ljusets hastighet och energier på tretton biljoner elektronvolt

Vi pratar alltså om partiklar som skapas i några av de mest våldsamma kollisioner mänskligheten någonsin åstadkommit.

Att hitta kvantmagi i resterna

Här är den smarta biten. Z-bosoner försvinner nästan omedelbart, men de lämnar spår efter sig. När en Z-boson sönderfaller producerar den elektroner eller myoner (tyngre kusiner till elektroner). ATLAS-detektorn vid LHC kan mäta dessa sönderfallsprodukter med otrolig precision.

Genom att analysera vinklarna där dessa partiklar dök upp kunde forskarna rekonstruera spinnen hos de ursprungliga Z-bosonerna. Och när de gjorde det hittade de korrelationerna — kvantfingeravtrycket av intrassling — fortfarande närvarande.

Med andra ord: den spöklik handlingen var vid liv och kry, även i denna miljö av extrem energi och kaos.

Professor Alan Barr från Oxford, som var med och byggde LHC och länge pushat för att använda den för kvantexperiment, uttryckte det vackert:

"Att hitta den vid liv och välmående bland partiklar så tunga och kortlivade som Z-bosoner, skapade i några av de mest våldsamma kollisioner vi kan åstadkomma på jorden, visar hur fundamentalt och robust denna kvanteffekt verkligen är."

Varför det här spelar roll (förutom att vara häftigt)

Du tänker kanske: "Okej, det är kul för fysiker, men varför bryr jag mig?"

Rättvis fråga. Här är varför det är stor sak:

1. Det visar att kvantmekaniken fungerar överallt. Vi ser inte bara intrassling i noggrant kontrollerade labbförhållanden. Samma regler som en dag kanske driver kvantdatorer verkar i de mest extrema miljöer naturen erbjuder.

2. Det är en bro mellan två världar. Forskningen är del av en växande rörelse för att föra kvantinformationsvetenskap — fältet bakom kvantdatorer — in i högenergifysiken. Forskare tillämpar koncept utvecklade för kvantsystem på de enorma datamängder som partikelkolliderrar producerar, i hopp om att hitta mönster som inte passar in i vår nuvarande förståelse.

3. Det kan avslöja ny fysik. Dessa tekniker kan så småningom upptäcka subtila effekter som antyder fysik bortom det vi idag känner till — kanske till och med ledtrådar om verklighetens underliggande natur.

Universum, visar det sig, är mer sammanbundet än vi någonsin föreställde oss.

Sammanfattningen

Jag älskar att denna forskning påminner oss om hur konstig och vacker kvantvärlden verkligen är. Vi tenderar att tänka på kvantmekanik som något som bara händer i små, ömtåliga labbexperiment — lätt stört, lätt förlorat.

Men det är inte vad den här studien visar.

Kvantintrassling är inte skört. Det är inte bara en laboratoriecuriositet. Det är invävt i verklighetens tyg, bestående även när partiklar skapas i förhållanden som skulle utplåna nästan allt annat.

Samma "konstiga regler för kvantmekanik" som en dag kanske ger oss oerhört kraftfulla datorer verkar överallt i naturen — kanske till och med på sätt vi inte börjat förstå.

Och ärligt talat? Jag tycker det är tröstande.