Varför fungerar kvantmekanik så bra för mikroskopiska objekt, men makroskopiska objekt beskrivs av klassisk fysik? Denna fråga har stört fysiker sedan kvantteorins utveckling för mer än 100 år sedan. Forskare vid Delft University of Technology och University of Vienna har nu tagit fram ett makroskopiskt system som uppvisar förvirring mellan mekaniska fononer och optiska fotoner. De testade intrasslingen med ett Bell -test, en av de mest övertygande och viktiga testerna för att visa ett system beter sig icke-klassiskt.

Ända sedan starten för mer än 100 år sedan, fysiker insåg att kvantteori kan vara i konflikt med några av de grundläggande axiomen för klassisk fysik. Särskilt, principerna i fråga är om information kan utbytas snabbare än ljusets hastighet (kallas 'lokalitet'), och om fysiska mängder existerar oavsett om de observeras eller inte (kallas 'realism'). Albert Einstein frågade en gång känd Abraham Pais, hans biograf, om han verkligen trodde att månen bara fanns när han tittade på den.

En het debatt mellan Einstein och Niels Bohr om denna axiomkonflikt på 1930 -talet startade årtionden lång forskning om samband mellan kvantsystem. Detta fenomen, kallas kvantinvikling, kristalliserades snabbt som en av de viktigaste förutsägelserna för kvantmekanik. Arbetet av John Bell på 1960 -talet öppnade en väg för att testa dessa principer experimentellt, vilket gav nya och spännande resultat till debatten. De flesta kvantexperiment som gjorts hittills, dock, hantera antingen en eller ett relativt litet antal partiklar.

Kvantkorrelationer

Ett team av forskare under ledning av professor Simon Gröblacher från Delfts tekniska universitet har nu gått in i en helt ny skala av kvantmätningar. De skapade en enhet som gav korrelationer mellan vibrationsrörelsen hos kiseloptomekaniska oscillatorer, omfattande cirka 10 miljarder atomer, och optiska lägen. Enheterna kyldes till sina rörliga jordtillstånd inne i ett utspädningskylskåp och undersöktes sedan med laserpulser. Specifika laserfrekvenser kan interagera med enheterna, antingen att spänna rörelsen på ett kontrollerat sätt eller läsa upp dess tillstånd. Närhelst detta händer, korrelationer uppstår mellan det spridda ljuset och de enheter som gör det möjligt att perfekt förutse beteendet hos en av dem av den andra.

För att testa om korrelationerna i deras system var, faktiskt, kvantmekanik på jobbet, och inte klassisk fysik, de utförde ett Bell -test. De två partiklarna fick i huvudsak ett val:Experimentet utformades på ett sådant sätt att de var och en kunde registreras i en av två detektorer. Båda resultaten var lika troliga av design, vilket gjorde det omöjligt att förutsäga resultatet för fotoner eller fononer individuellt. Dock, på grund av sambandet mellan de två, fononerna kan göras så att de alltid ger ett motsvarande mätresultat till fotonerna. I cirka 80 procent av fallen, de visade sig bete sig så, som ligger långt över den klassiska Bell -tröskeln på cirka 70 procent.

Noggrant test

Det riktiga Bell -testet var att justera vissa experimentella parametrar som påverkar de två partiklarna på olika sätt och se när detta beroende bryts ner. Kvantmekaniskt, de två kan upprätthålla korrelerade mätresultat mycket längre än vad som är klassiskt tillåtet. "Detta är det mest grundliga testet av en massiv enhet som uppför sig kvantmekaniskt mekaniskt än så länge, "sade prof. Gröblacher.

Dessa resultat innebär att kvantmekanik sträcker sig upp till den makroskopiska domänen. Dessutom, enheten som forskarna tillverkade kan förstoras och förbättras. Gröblacher:"Eftersom vårt experimentella protokoll är oberoende av oscillatorns storlek, dessa resultat lägger grunden för möjligheten att undersöka gränsen mellan klassisk och kvantfysik med godtyckligt stora objekt, även de som är synliga för blotta ögat. "