فیزیکدان‌ها نوع کاملاً تازه‌ای از درهم تنیدگی کوانتومی را کشف کردند: درهم تنیدگی کوانتومی ذرات غیرمشابه

فیزیکدانان آزمایشگاه ملی بروکهاون (BNL) نوع کاملاً جدیدی از درهم تنیدگی کوانتومی را کشف کرده‌اند، پدیده‌ای شبح‌وار که ذرات را در هر فاصله‌ای به هم مربوط می‌کند. در آزمایش‌های برخورددهنده ذرات، درهم‌تنیدگی جدید به دانشمندان این امکان را می‌دهد تا با جزئیات بیشتری نسبت به قبل به درون هسته‌های اتمی نگاه کنند.

جفت ذرات می‌توانند چنان با یکدیگر در هم تنیده شوند که دیگر نمی‌توان یکی را بدون دیگری توصیف کرد، مهم نیست چقدر از هم دور باشند. با این حال عجیب‌تر این است تغییر یکی فوراً باعث تغییر در شریکش می‌شود، حتی اگر در آن سوی جهان باشد. این ایده که به عنوان درهم تنیدگی کوانتومی شناخته می‌شود، برای ما غیرممکن به نظر می‌رسد، زیرا ما قلمرو فیزیک کلاسیک را در ذهن داریم.

حتی انیشتین هم از آن ناراحت بود و از آن به عنوان “اقدام شبح‌آور از راه دور” یاد می‌کرد. با این حال، چندین دهه آزمایش به طور مداوم از آن پشتیبانی کرده است، و اساس فناوری‌های نوظهور مانند رایانه‌های کوانتومی و شبکه‌ها را تشکیل می‌دهد.

معمولاً مشاهدات درهم تنیدگی کوانتومی بین جفت فوتون‌ها یا الکترون‌هایی انجام می‌شود که ماهیت یکسانی دارند. اما اکنون، برای اولین بار، تیم 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 در هم کوبیدن یون‌های طلا، اشکالی از ماده را که در کیهان اولیه وجود داشت، بررسی می‌کند.

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 ببه خاطر شکل بی‌سابقه‌ای از درهم تنیدگی کوانتومی می‌تواند اتفاق بیفتد.

فوتون‌ها با ذرات بنیادی درون هسته هر یون برهم کنش می‌کنند و آبشاری را به راه می‌اندازند که در نهایت جفت ذره‌ای به نام پیون pion تولید می‌کند، یکی مثبت و دیگری منفی.

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 یکدیگر را تقویت می‌کنند. که منجر به برخورد تنها یک تابع موج پیون مثبت و منفی به آشکارساز می‌شود.

این نشان می‌دهد که هر جفت پیون مثبت و منفی با یکدیگر درگیر شده‌اند. اگر این طور نبود، توابع موجی که به آشکارساز برخورد می‌کنند کاملاً تصادفی بودند. به این ترتیب، این اولین تشخیص درهم تنیدگی کوانتومی ذرات غیرمشابه است.

ژانگبو ژو می‌گوید: «ما دو ذره خروجی را اندازه‌گیری می‌کنیم و به وضوح بار‌های آن‌ها متفاوت است. آن‌ها ذرات متفاوتی هستند. اما ما الگو‌های تداخلی را می‌بینیم که نشان می‌دهد این ذرات در هم پیچیده هستند یا با یکدیگر همگام هستند، حتی اگر آن‌ها ذرات قابل تشخیص هستند. ”

همراه با گسترش درک ما از فیزیک کوانتومی، این کشف می‌تواند منجر به فناوری‌های جدیدی شود.

این تحقیق در مجله Science Advances منتشر شده.

منبع: آزمایشگاه ملی بروکهاون