نوع کاملا جدیدی از درهم تنیدگی کوانتومی کشف شد

فیزیکدانان آزمایشگاه ملی بروکهاون(Brookhaven) نوع جدیدی از درهم‌تنیدگی کوانتومی را کشف کردند.

کد خبر: ۵۶۷۵۲۱

تاریخ: ۱۸ دی ۱۴۰۱ - ۱۲:۱۱

به گزارش ایران اکونومیست و به نقل از نیو اطلس، دانشمندان آزمایشگاه ملی بروکهاون(BNL) نوع کاملا جدیدی از در هم تنیدگی کوانتومی را کشف کرده‌اند، پدیده‌ای شبح‌وار که ذرات را در هر فاصله‌ای با هم متصل نگاه می‌دارد.

درهم‌تنیدگی کوانتومی(Quantum Entanglement) یک خاصیت کوانتومی است که دو ذره مختلف را به هم مرتبط می‌کند، به طوری که اگر یکی را اندازه‌گیری کنید، به ‌طور خودکار و فوری از وضعیت دیگری هم مطلع می‌شوید و این در حالی است که مهم نیست این دو ذره چقدر از هم فاصله داشته باشند.

درهم‌تنیدگی هنگامی رخ می‌دهد که گروهی از ذرات تولید شده، برهمکنش می‌کنند یا در مجاورت فضایی(مکانی) قرار می‌گیرند، به گونه‌ای که حالت کوانتومی هیچ ذره درون گروه را نتوان به‌طور مستقل از حالت سایر ذرات توصیف نمود. این حالت وقتی که ذرات در فاصله زیاد از یکدیگر قرار داشته باشند نیز رخ می‌دهد. موضوع درهم‌تنیدگی کوانتومی در قلب ناهمخوانی بین فیزیک کلاسیک و فیزیک کوانتومی قرار دارد و درهم‌تنیدگی یکی از ویژگی‌های اصلی مکانیک کوانتومی است که مکانیک کلاسیک فاقد آن است.

اکنون این درهم‌تنیدگی تازه کشف شده در آزمایش‌های برخورددهنده ذرات به دانشمندان این امکان را می‌دهد تا با جزئیات بیشتری از قبل به درون هسته‌های اتمی نگاه کنند.

ذرات جفت می‌توانند چنان با یکدیگر در هم‌تنیده شوند که دیگر نتوان یکی را بدون دیگری توصیف کرد و همانطور که گفته شد مهم نیست آنها چقدر از هم دور باشند. با این حال، عجیب‌تر این که تغییر یکی فوراً موجب تغییر در شریکش می‌شود، حتی اگر در سوی دیگری از جهان باشد.

این ایده که به عنوان درهم‌تنیدگی کوانتومی شناخته می‌شود، برای ما غیرممکن به نظر می‌رسد، زیرا ما در قلمروی فیزیک کلاسیک زندگی می‌کنیم. حتی اینشتین هم از آن گیج شده بود و از آن به عنوان "عمل شبح‌وار از راه دور" یاد می‌کرد. با این حال، چندین دهه آزمایش به طور مداوم از این ایده پشتیبانی کرده است و اساس فناوری‌های نوظهور مانند رایانه‌های کوانتومی و شبکه‌ها را تشکیل می‌دهد.

معمولاً مشاهدات درهم‌تنیدگی کوانتومی بین جفت فوتون‌ها یا الکترون‌هایی انجام می‌شود که ماهیت یکسانی دارند، اما اکنون برای اولین بار، فیزیکدانان BNL جفت ذرات غیرمشابه را که تحت درهم تنیدگی کوانتومی قرار دارند، شناسایی کرده است.

این کشف در برخورددهنده یون سنگین نسبیتی(RHIC) در آزمایشگاه بروکهاون انجام شد که با شتاب دادن و درهم شکستن یون‌های طلا، اشکال ماده موجود در کیهان اولیه را بررسی می‌کند. اما گروه پژوهشی دریافت که حتی زمانی که یون‌ها با هم برخورد نمی‌کنند، چیزهای زیادی برای یادگیری وجود دارد.

یون‌های طلای شتاب‌دار توسط ابرهای کوچکی از فوتون‌ها احاطه شده‌اند و وقتی دو یون از نزدیکی یکدیگر عبور می‌کنند، فوتون‌های یکی می‌توانند تصویری از ساختار داخلی دیگری را با جزئیات بیشتر از همیشه ثبت کنند. این به تنهایی برای فیزیکدانان به اندازه کافی جذاب است، اما این تنها به لطف شکل بی‌سابقه‌ای از درهم‌تنیدگی کوانتومی می‌تواند اتفاق بیفتد.

فوتون‌ها با ذرات بنیادی درون هسته هر یون برهم‌کنش می‌کنند و آبشاری را به راه می‌اندازند که در نهایت جفت ذره‌ای به نام پیون(pion) تولید می‌کند که یکی مثبت و دیگری منفی است. همانطور که ممکن است از فیزیک دبیرستان به یاد داشته باشید، برخی از ذرات را می‌توان به عنوان امواج نیز توصیف کرد و در این مورد امواج هر دو پیون منفی یکدیگر را تقویت می‌کنند و امواج هر دو پیون مثبت نیز همدیگر را تقویت می‌کنند که منجر به برخورد یک تابع موج پیون مثبت و منفی به آشکارساز می‌شود.

این نشان می‌دهد که هر جفت پیون مثبت و منفی با یکدیگر درگیر یا درهم‌تنیده شده‌اند. داشمندان می‌گویند اگر این‌ها درهم‌تنیده نبودند، توابع موجی که به آشکارساز برخورد می‌کنند، کاملاً تصادفی بودند. به این ترتیب، این اولین تشخیص درهم‌تنیدگی کوانتومی ذرات غیرمشابه است.

ژانگبو ژو از اعضای این گروه پژوهشی می‌گوید: ما دو ذره خروجی را اندازه‌گیری می‌کنیم و به وضوح می‌بینیم که بارهای آنها متفاوت است و در واقع آنها ذرات متفاوتی هستند، اما ما الگوهای تداخلی را می‌بینیم که نشان می‌دهد این ذرات در هم‌تنیده یا با یکدیگر همگام هستند.

این کشف همراه با گسترش درک ما از فیزیک کوانتومی می‌تواند منجر به فناوری‌های جدیدی شود، مانند روشی که این گروه پژوهشی برای بررسی درون هسته یون‌های طلا از آن استفاده کرده است.

این پژوهش در مجله Science Advances منتشر شده است.