Το σύμπαν είναι πιο «δεμένο» απ' ό,τι νομίζαμε

Κάτι μου συνέβη σήμερα και θέλω να σου το πω.

Διάβασα κάτι για τη φυσική και χρειάστηκα πέντε λεπτά να το αφομοιώσω. Συμβαίνει σπάνια αυτό.

Επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης, δουλεύοντας με τον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων του CERN — τον τεράστιο υπόγειο δακτύλιο στην Ελβετία όπου συγκρούουν σωματίδια με ταχύτητες κοντά στο φως — κατάφεραν κάτι εκπληκτικό: έδειξαν ότι η κβαντική διεμπλοκή (entanglement) μπορεί να επιβιώσει σε μερικές από τις πιο ακραίες συνθήκες που μπορούμε να φανταστούμε.

Και όχι απλά να επιβιώσει. Να ανθίσει.

Τι είναι η κβαντική διεμπλοκή;

Θα στο πω απλά. Φαντάσου δύο σωματίδια που δημιουργήθηκαν μαζί ή αλληλεπίδρασαν κάποτε. Από τη στιγμή που «διεμπλέκονται», συνδέονται με έναν παράξενο τρόπο — ακόμα κι αν τα απομακρύνεις σε τεράστιες αποστάσεις.

Το τρελό; Όταν μετράς το ένα, μαθαίνεις αμέσως κάτι για το ζευγάρι του. Σαν να συνομιλούν ακόμα, ό,τι κι αν τους χωρίζει. Θα μπορούσαν να βρίσκονται στις αντιθετικές πλευρές του σύμπαντος και η σύνδεση να κρατάει.

Ο Αϊνστάιν δεν το δέχτηκε ποτέ. Πίστευε ότι κάτι έλειπε — κάια κρυφή εξήγηση. Το αποκάλεσε «στοιχειωτική δράση από απόσταση» και πέρασε χρόνια προσπαθώντας να το αποδείξει λάθος.

Είχε άδικο. (Τουλάχιστον σε αυτό. Σε πολλά άλλα ήταν φυσικά ιδιοφυής.)

Τα βαρέα βαρώνα της κβαντικής κλίμακας

Αυτό που κάνει τη νέα έρευνα συναρπαστική είναι άλλο.

Οι επιστήμονες γνώριζαν τη διεμπλοκή εδώ και δεκαετίες. Την έχουν δει σε φωτόνια, ηλεκτρόνια, παγιδευμένα ιόντα, ακόμα και σε top κουάρκ. Όμως όλα αυτά είναι σχετικά «ήρεμα» κβαντικά συστήματα, που μελετάμε εύκολα στο εργαστήριο.

Η ομάδα της Οξφόρδης ήθελε να πάει παραπέρα. Να δει αν η διεμπλοκή αντέχει στον απόλυτο χαμό ενός επιταχυντή σωματιδίων.

Συγκεκριμένα, κοίταξαν τα σωματίδια Ζ. Αυτά:

• Είναι απίστευτα βαριά (για υποαтомικά σωματίδια)
• Υπάρχουν για κλάσματα του δευτερολέπτου πριν διασπαστούν
• Γεννιούνται από τη διάσπαση μποζονίων Χιγκς
• Δημιουργούνται όταν πρωτόνια συγκρούονται στο 99,99% της ταχύτητας του φωτός

Μιλάμε για σωματίδια που γεννιούνται μέσα στις πιο βίαιες συγκρούσεις που έχουμε παράγει ποτέ.

Η κβαντική μαγεία μέσα στα συντρίμμια

Το έξυπνο εδώ είναι το εξής: τα Ζ εξαφανίζονται σχεδόν αμέσως, αλλά αφήνουν ίχνη. Όταν διασπώνται, παράγουν ηλεκτρόνια ή μιόνια (τα βαρύτερα ξαδέρφια τους). Ο ανιχνευτής ATLAS του LHC μπορεί να μετρήσει αυτά τα προϊόντα με τεράστια ακρίβεια.

Αναλύοντας τις γωνίες εξόδου αυτών των σωματιδίων, οι ερευνητές μπόρεσαν να ανακατασκευάσουν την περιστροφή (spin) των αρχικών Ζ. Και τότε το βρήκαν: τις συσχετίσεις — την κβαντική «υπογραφή» της διεμπλοκής — ακόμα παρούσα και λειτουργική.

Δηλαδή: η στοιχειωτική δράση ήταν πολύ ζωντανή, ακόμα και μέσα σε αυτό το περιβάλλον ακραίας ενέργειας και χάους.

Ο καθηγητής Alan Barr από την Οξφόρδη, που συμμετείχε στην κατασκευή του LHC και πιέζει χρόνια να τον αξιοποιήσουν για κβαντικά πειράματα, το είπε όμορφα:

«Το να το βρίσκουμε ζωντανό ανάμεσα σε τόσο βαριά και βραχύβια σωματίδια, μέσα στις πιο βίαιες συγκρούσεις που μπορούμε να παράγουμε στη Γη, δείχνει πόσο θεμελιώδες και ανθεκτικό είναι αυτό το κβαντικό φαινόμενο.»

Γιατί έχει σημασία (πέρα από το «είναι ωραίο»);

Μπορεί να σκέφτεσαι: «Ωραία, αλλά γιατί να με νοιάζει;»

Καλή ερώτηση. Ιδού:

1. Δείχνει ότι η κβαντομηχανική λειτουργεί παντού. Δεν βλέπουμε απλά διεμπλοκή σε προσεκτικά ελεγχόμενες εργαστηριακές συνθήκες. Οι ίδιοι κανόνες που μια μέρα θα τροφοδοτήσουν κβαντικούς υπολογιστές δουλεύουν στα πιο ακραία περιβάλλοντα που μπορεί να φανταστεί κανείς.

2. Γεφυρώνει δύο κόσμους. Η έρευνα εντάσσεται σε μια αυξανόμενη προσπάθεια να φέρει την κβαντική επιστήμη πληροφοριών στη φυσική υψηλών ενεργειών. Οι ερευνητές εφαρμόζουν έννοιες που αναπτύχθηκαν για κβαντικά συστήματα σε τεράστια σύνολα δεδομένων από επιταχυντές, ελπίζοντας να βρουν μοτίβα που δεν ταιριάζουν στη σημερινή μας κατανόηση.

3. Μπορεί να αποκαλύψει νέα φυσική. Αυτές οι τεχνικές θα μπορούσαν τελικά να ανιχνεύσουν λεπτές ενδείξεις που υποδεικνύουν φυσική πέρα από αυτά που γνωρίζουμε — ίσως ακόμα και στοιχεία για την υποκείμενη φύση της πραγματικότητας.

Το σύμπαν, αποδεικνύεται, είναι πιο συνδεδεμένο απ' ό,τι φανταζόμασταν.

Τι παίρνουμε από όλα αυτά

Λατρεύω που αυτή η έρευνα μας υπενθυμίζει πόσο παράξενος και όμορφος είναι ο κβαντικός κόσμος. Τείνουμε να νομίζουμε ότι η κβαντομηχανική συμβαίνει μόνο σε μικρά, εύθραυστα πειράματα — εύκολα να διαταραχθούν, εύκολα να χαθούν.

Αλλά αυτό δεν είναι που δείχνει αυτή η μελέτη.

Η κβαντική διεμπλοκή δεν είναι εύθραυστη. Δεν είναι απλά εργαστηριακή περιέργεια. Είναι υφασμένη στον ίδιο τον ιστό της πραγματικότητας, επιμένει ακόμα κι όταν τα σωματίδια γεννιούνται σε συνθήκες που θα διέλυαν σχεδόν οτιδήποτε άλλο.

Οι ίδιοι «παράξενοι κανόνες της κβαντομηχανικής» που μια μέρα θα μας δώσουν απίστευτα ισχυρούς υπολογιστές λειτουργούν παντού στη φύση — ίσως μάλιστα με τρόπους που δεν έχουμε καν αρχίσει να κατανοούμε.

Και ειλικρινά; Μου φαίνεται παρηγορητικό.