A macska, aki mindent elindított

Tudod, milyen az az érzés, amikor valakinek először mesélsz a kvantumfizikáról? Tágra nyílt szemek, összeráncolt homlok — és szinte hallod, ahogy azt gondolja: biztos túl sok sci-fit olvasol.

Igen, nekem is gyakran megvan ez.

De az a helyzet, hogy a kvantummechanika tényleg furcsa. Igazán furcsa. És az, hogy egy olyan világban élünk, ahol ezek a bizarr kvantumhatások egyszerűen... eltűnni látszanak... az egyik legnagyobb rejtély a fizikában.

A macska, aki mindent elindított

Hadd emlékeztesselek Schrödinger szegény macskájára. Valószínűleg emlékszel a lényegre — az osztrák fizikus, Erwin Schrödinger egy gondolatkísérletet álmodott meg, ahol egy lezárt dobozban lévő macska egyszerre élő és halott, egészen addig, amíg benézünk ellenőrizni.

Ez persze kissé leegyszerűsített (Schrödinger valójában a kvantummechanika bizonyos értelmezéseinek kritikájaként használta), de az elképzelés valami igazat megragad a kvantumrendszerek működéséről. A részecskék létezhetnek úgynevezett „szuperpozíciók" állapotaiban — kicsit olyan, mintha egy érme egyszerre lenne fej és írás, miközben pörög a levegőben, csak még furcsább.

De itt a fő kérdés: ha atomok és részecskék lehetnek ezekben a furcsa szuperpozíciós állapotokban, miért nem lehetnek a macskák? Miért nem lehetünk mi? Miért tűnik el az a kvantum-rémisztgetés, amikor a mindennapi világunkra skálázódunk?

Amikor a kvantumfurcsaság elhalványul

A fizikusok van egy szavuk erre a halványulásra: dekoherencia. Ez az a folyamat, amely során a kvantumhatások fokozatosan kiüresednek, ahogy a rendszerek kölcsönhatásba lépnek a környezetükkel. De itt a kellemetlen igazság — senki sem érti pontosan, miért és hogyan történik ez.

Egy ötlet már évtizedek óta kering: talán maga a gravitáció a felelős érte. Az elképzelés valahogy így hangzik: talán Einstein általános relativitáselmélete — az a teoria, ami a gravitáció működését írja le — apró, elkerülhetetlen remegéseket okoz a téridő szövetében. Ezek a kis ingadozások fokozatosan megrázhatják a kvantum-szuperpozíciókat, amíg szét nem hullanak.

Őszintén szólva, elég intuitív ötlet. A gravitáció mindenhol jelen van, ugye? Mindenre hat. Szóval talán ez az oka annak, hogy a kvantumfurcsaság eltűnik a mi léptékünkön.

A kísérlet

Na, egy kutatócsapat épp most futtatott egy kísérletet, hogy letesztelje ezt az ötletet. És hol végezték? Nagyon mélyen a föld alatt.

Az olasz Gran Sasso Nemzeti Laboratórium az INFN keretében körülbelül 1,4 kilométer szikla alatt található. Ez nagyjából az a mélység, ahová menned kell, ha ki akarsz menekülni a világűrből másodpercenként ránk zúduló sugárzás nagy része elől. Ez az egyik legcsendesebb hely a Földön az érzékeny fizikai kísérletekhez.

A kutatók egy germániumkristály-darab köré építették a detektort — nagyjából egy kávéscsészényi méretben. Réz és ólom rétegekkel árnyékolták, lényegében egy kis fizikai menedéket hozva létre.

A kísérlet mögötti ötlet elegáns volt: ha a téridőnek vannak ilyen apró ingadozásai, ahogy jósolják, akkor azok elektromosan töltött részecskéket rezgetnének meg, amelyek halvány elektromágneses sugárzást bocsátanának ki. Ezt a sugárzást detektálni kellene — csak nagyon, nagyon gyengét.

Szóval figyeltek. És vártak. 62 egymást követő napon át gyűjtöttek adatokat, gondosan figyelembe véve minden várt háttérsugárzást.

Mit találtak?

Semmit.

A semmi is lehet valami

Most tudom, mit gondolsz. „Semmit találtak? Ez csalódás."

De várj — ez valójában nagy dolog. Amikor alapvető fizikával foglalkozol, az ugyanolyan fontos, hogy kizárj rossz ötleteket, mint újakat találni. Gondolj úgy erre, mint kód debugolásra, csak itt a kód maga az univerzum, és próbáljuk kitalálni, milyen matematikai utasításokat követ.

Az, hogy nem találtak jelet, a csapat gyakorlatilag kizárta az egyik legrégebbi és legtermészetesebb gravitáció-indukálta dekoherencia modellt. A Károlyházy-modell — ami még az 1960-as években született — most jelentősen szűkült a kísérleti adatok miatt.

„Minden kvantumgravitációs megközelítés végül egy minimális hosszúság létezését jósolja, ami a téridő mérésének bizonytalanságához kapcsolódik" — magyarázta Kristian Piscicchia, a projekt egyik kutatója. Ez a kísérlet segít szűkíteni, melyik megközelítés írhatja le valójában a valóságot.

Mit jelent ez?

Íme az én véleményem: a fizika akkor a legizgalmasabb, amikor lehetőségeket zár ki. Nem csak vaktában tapogatózunk — módszeresen faragjuk le a rossz utakat. És ez közelebb visz a helyes válaszhoz, még ha meg nem is találtuk.

A rejtély, hogy miért tűnnek el a kvantumhatások a makroszkopikus világunkban, megoldatlan marad. De tudjuk, hogy egy bizonyos gravitáció-alapú magyarázat nem az. A keresés folytatódik, de szűkebb keresés most.

Ahogy Catalina Curceanu, az egyik vezető kutató fogalmazott: „A jel hiánya önmagában egy jelentős tudományos eredmény."

Teljesen egyetértek. A tudomány nem mindig új dolgok megtalálásáról szól — néha arról, hogy magabiztosan mondjuk: „nem, ez nem az". És pontosan ez történt itt.

Szóval legközelebb, amikor valaki megkérdezi Schrödinger macskájáról, mondhatod neki: lassan, módszeresen dolgozunk azon, hogy kiderítsük, miért van az a macska mindig vagy élő, vagy halott — soha nem egyszerre. És úgy derítjük ki, hogy kizárjuk a rossz magyarázatokat, egy kísérletet a másik után.

Elég menő, ugye?