Ένα από τα μεγαλύτερα παράδοξα της κβαντικής φυσικής μπορεί να έχει χάσει την κύρια εξήγηση του
Είναι ένα από τα πιο περίεργα δόγματα της κβαντικής θεωρίας:ένα σωματίδιο μπορεί να βρίσκεται σε δύο μέρη ταυτόχρονα — ωστόσο το βλέπουμε μόνο εδώ ή εκεί. Τα σχολικά βιβλία αναφέρουν ότι η πράξη της παρατήρησης του σωματιδίου το «καταρρέει», έτσι ώστε να εμφανίζεται τυχαία μόνο σε μία από τις δύο θέσεις του. Αλλά οι φυσικοί διαφωνούν για το γιατί θα συνέβαινε αυτό, αν όντως συμβαίνει. Τώρα, ένας από τους πιο εύλογους μηχανισμούς για την κβαντική κατάρρευση —η βαρύτητα— έχει υποστεί οπισθοδρόμηση.
Η υπόθεση της βαρύτητας εντοπίζει τις ρίζες της στους Ούγγρους φυσικούς Károlyházy Frigyes τη δεκαετία του 1960 και Lajos Diósi τη δεκαετία του 1980. Η βασική ιδέα είναι ότι το βαρυτικό πεδίο οποιουδήποτε αντικειμένου βρίσκεται έξω από την κβαντική θεωρία. Αντιστέκεται στην τοποθέτηση σε άβολους συνδυασμούς ή «υπερθέσεις» διαφορετικών καταστάσεων. Έτσι, αν ένα σωματίδιο είναι φτιαγμένο να είναι και εδώ και Εκεί, το βαρυτικό του πεδίο προσπαθεί να κάνει το ίδιο — αλλά το πεδίο δεν μπορεί να αντέξει την ένταση για πολύ. καταρρέει και παίρνει το σωματίδιο μαζί του.
Ο διάσημος μαθηματικός του Πανεπιστημίου της Οξφόρδης Ρότζερ Πένροουζ υποστήριξε την υπόθεση στα τέλη της δεκαετίας του 1980 επειδή, όπως λέει, αφαιρεί την ανθρωποκεντρική αντίληψη ότι η ίδια η μέτρηση προκαλεί κατά κάποιο τρόπο την κατάρρευση. "Πραγματοποιείται στη φυσική και δεν είναι επειδή κάποιος έρχεται και το κοιτάζει."
Ωστόσο, η υπόθεση φαινόταν αδύνατο να διερευνηθεί με οποιαδήποτε ρεαλιστική τεχνολογία, σημειώνει ο Diósi, τώρα στο Ερευνητικό Κέντρο Wigner, και συν-συγγραφέας της νέας εργασίας. "Για 30 χρόνια, πάντα με επέκριναν στη χώρα μου ότι εικάζα κάτι που ήταν εντελώς αδόκιμο."
Οι νέες μέθοδοι το καθιστούν πλέον εφικτό. Στη νέα μελέτη, ο Diósi και άλλοι επιστήμονες αναζήτησαν έναν από τους πολλούς τρόπους, είτε μέσω της βαρύτητας είτε με κάποιον άλλο μηχανισμό, με τους οποίους μια κβαντική κατάρρευση θα αποκαλυπτόταν:Ένα σωματίδιο που καταρρέει θα εκτρέπεται τυχαία, θερμαίνοντας το σύστημα του οποίου αποτελεί μέρος. . «Είναι σαν να έδωσες μια κλωτσιά σε ένα σωματίδιο», λέει ο συν-συγγραφέας Sandro Donadi του Ινστιτούτου Προηγμένων Σπουδών της Φρανκφούρτης.
Εάν το σωματίδιο είναι φορτισμένο, θα εκπέμπει ένα φωτόνιο ακτινοβολίας καθώς εκτρέπεται. Και πολλαπλά σωματίδια που υπόκεινται στον ίδιο βαρυτικό κλονισμό θα εκπέμπουν από κοινού. "Έχετε ένα ενισχυμένο αποτέλεσμα", λέει η συν-συγγραφέας Cătălina Curceanu του Εθνικού Ινστιτούτου Πυρηνικής Φυσικής στη Ρώμη.
Για να δοκιμάσουν αυτή την ιδέα, οι ερευνητές κατασκεύασαν έναν ανιχνευτή από έναν κρύσταλλο γερμανίου στο μέγεθος ενός φλιτζανιού καφέ. Αναζήτησαν υπερβολικές εκπομπές ακτίνων Χ και ακτίνων γάμμα από πρωτόνια στους πυρήνες γερμανίου, που δημιουργούν ηλεκτρικούς παλμούς στο υλικό. Οι επιστήμονες επέλεξαν αυτό το τμήμα του φάσματος για να μεγιστοποιήσουν την ενίσχυση. Στη συνέχεια τύλιξαν τον κρύσταλλο σε μόλυβδο και τον τοποθέτησαν 1,4 χιλιόμετρα κάτω από τη γη στο Εθνικό Εργαστήριο Gran Sasso στην κεντρική Ιταλία για να τον προστατεύσουν από άλλες πηγές ακτινοβολίας. Πάνω από 2 μήνες το 2014 και το 2015, είδαν 576 φωτόνια, κοντά στα 506 που αναμένονταν από τη φυσική ραδιενέργεια, αναφέρουν σήμερα στο Nature Physics .
Συγκριτικά, το μοντέλο του Penrose προέβλεψε 70.000 τέτοια φωτόνια. «Θα πρέπει να δείτε κάποιο φαινόμενο κατάρρευσης στο πείραμα του γερμανίου, αλλά εμείς δεν το βλέπουμε», λέει ο Curceanu. Αυτό υποδηλώνει ότι η βαρύτητα στην πραγματικότητα δεν ανακινεί τα σωματίδια από τις κβαντικές υπερθέσεις τους. (Το πείραμα περιόρισε επίσης, αν και δεν απέκλεισε, μηχανισμούς κατάρρευσης που δεν περιλαμβάνουν τη βαρύτητα.)
Για να επιβεβαιώσουν το αποτέλεσμα, οι φυσικοί πρέπει να σχεδιάσουν αυτές τις υπερθέσεις άμεσα, σε αντίθεση με το να βασίζονται σε τυχαία φυσικά φαινόμενα, λέει η Ivette Fuentes από το Πανεπιστήμιο του Σαουθάμπτον:«Θα πρέπει, καταρχήν, να είστε σε θέση να κάνετε μια υπέρθεση μεγάλων σωματιδίων. Ας Κάνε το." Λέει ότι η ομάδα της εργάζεται για να δημιουργήσει σύννεφα 100 εκατομμυρίων ατόμων νατρίου σε θερμοκρασία λίγο πάνω από το απόλυτο μηδέν.
Αν και ο Penrose επαινεί τη νέα δουλειά, πιστεύει ότι δεν είναι πραγματικά δυνατό να δοκιμάσει την εκδοχή του για το μοντέλο. Λέει ότι ποτέ δεν ένιωθε άνετα με τις εκτροπές σωματιδίων, γιατί μπορεί να προκαλέσουν το σύμπαν να κερδίσει ή να χάσει ενέργεια, παραβιάζοντας μια βασική αρχή της φυσικής. Πέρασε το lockdown της πανδημίας δημιουργώντας ένα νέο και βελτιωμένο μοντέλο. «Δεν παράγει θέρμανση ή ακτινοβολία», λέει. Σε αυτήν την περίπτωση, η βαρύτητα μπορεί να προκαλεί κατάρρευση, αλλά να κρύβει τα ίχνη της.
Άλλοι παράγοντες όπως οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ πρωτονίων γερμανίου και ηλεκτρονίων μπορεί επίσης να καλύπτουν το σήμα, λέει ο θεωρητικός φυσικός Maaneli Derakhshani από το Πανεπιστήμιο Rutgers, New Brunswick. Συνολικά, λέει, εάν η βαρύτητα προκαλεί κατάρρευση, η διαδικασία πρέπει να είναι πιο περίπλοκη από ό,τι είχε προτείνει αρχικά ο Penrose. "Θα μπορούσε κανείς εύλογα να υποστηρίξει ότι ... ο χυμός δεν αξίζει τον κόπο."
