Квантовая запутанность — одно из самых загадочных явлений в физике. Ее предсказали еще больше века назад, а в экспериментах до сих пор ее удавалось воспроизвести преимущественно на фотонах — частицах света. Но фотоны не имеют массы и не подвержены гравитации, а значит, в ходе экспериментов на них невозможно воспроизвести и проанализировать все свойства этого удивительного явления. Команда специалистов Австралийского национального университета (ANU) сделала принципиальный шаг вперед: физики провели эксперимент с атомами гелия, которые обладают массой и подчиняются гравитации — как и вся привычная нам материя.
«Осознавать, что Вселенная устроена именно так, по-настоящему невероятно — говорит профессор Исследовательской школы физики ANU Шон Ходжман. — Мы можем сколько угодно читать об этом в учебнике, но в полной мере принять тот факт, что частица может находиться в двух местах одновременно, очень трудно».
Задача оказалась очень сложной не только концептуально, но и технически. «Экспериментально продемонстрировать это чрезвычайно трудно, — отмечает соавтор работы, аспирант Йогеш Шридхар. — Несколько групп ученых уже пытались показать эти эффекты в прошлом, но каждый раз им чего-то не хватало».
Почему успех этого эксперимента важен не только для физиков? Дело в том, что современная наука описывает Вселенную двумя великими, но несовместимыми теориями. Квантовая механика блестяще работает в мире атомов и субатомных частиц. Общая теория относительности Эйнштейна столь же точно описывает гравитацию и космические масштабы. Но объединить их в единую картину — создать так называемую «теорию всего» — пока не удалось. Наблюдение квантовых эффектов у частиц, которые при этом реально взаимодействуют с гравитацией, открывает новые возможности для проверки того, как эти два мира пересекаются.
«Этот результат подтверждает предсказания, сделанные более века назад: материя может находиться в двух местах одновременно и даже взаимодействовать сама с собой в этих положениях», — подчеркивает Ходжман.
Конечно, до «теории всего» еще далеко. Но эксперимент австралийских физиков — это именно тот случай, когда маленькое событие в лаборатории может оказаться важным шагом к пониманию фундаментального устройства Вселенной. Теперь у ученых есть инструмент, позволяющий изучать квантовое поведение «настоящей» материи, которая обладает массой и подчиняется законам гравитации, а не только невесомых частиц света.
Ранее квантовая запутанность вывела оптические часы на новый уровень точности.
