Einstein estava errado sobre pelo menos uma coisa: Há, de fato, "ações fantasmagórica à distância", como agora comprovada por pesquisadores do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST). Einstein usou esse termo para se referir a mecânica quântica, que descreve o comportamento curioso das menores partículas de matéria e luz. Ele estava se referindo, especificamente, ao emaranhamento, a idéia de que duas partículas separadas fisicamente podem ter propriedades correlacionadas, com valores que são incertas até que sejam medidos. Einstein era duvidosa, e até agora, os pesquisadores não foram capazes de apoiá-lo com confiança quase total.
Pesquisadores do NIST e várias outras instituições criou pares de partículas de luz idênticos, ou fótons, e os enviou para dois locais diferentes a ser medido. Os pesquisadores apresentaram os resultados medidos não só foram correlacionadas, mas também, através da eliminação de todas as outras opções-que conhecidos estas correlações não podem ser causados pela controlada localmente, universo "realista" Einstein pensava que vivia. Isto implica uma explicação diferente, como emaranhamento.
Os experimentos do NIST são chamados testes de Bell, assim chamados porque, em 1964, o físico irlandês John Bell mostrou que há limites para correlações de medição que podem ser atribuídos a condições (ou seja realista) locais, pré-existentes. Correlações adicionais além desses limites exigiria tanto o envio de sinais mais rápido do que a velocidade da luz, que os cientistas consideram impossível, ou outro mecanismo, como o entrelaçamento quântico.
A equipe de pesquisa conseguiu esta façanha através fechar simultaneamente todas as três grandes "brechas" que afetaram os testes de Bell anteriores. Fechando as lacunas foi possível graças aos avanços técnicos recentes, incluindo detectores do NIST ultra-rápidos de fóton único, que podem detectar com precisão de pelo menos 90 por cento dos sinais muito fracos, e novas ferramentas para escolher aleatoriamente definições do detector.
A equipe de pesquisa conseguiu esta façanha através fechar simultaneamente todas as três grandes "brechas" que afetaram os testes de Bell anteriores. Fechando as lacunas foi possível graças aos avanços técnicos recentes, incluindo detectores do NIST ultra-rápidos de fóton único, que podem detectar com precisão de pelo menos 90 por cento dos sinais muito fracos, e novas ferramentas para escolher aleatoriamente definições do detector.
"Você não pode provar a mecânica quântica, mas o realismo local, ou a ação local escondido, é incompatível com a nossa experiência", diz NIST Krister Shalm. "Nossos resultados estão de acordo com o que a mecânica quântica prevê sobre as ações assustadores compartilhados por partículas emaranhadas."
O papel NIST foi submetido à PRL com outro papel por uma equipe da Universidade de Viena, na Áustria que usou uma alta eficiência detector de fóton único semelhante fornecido pelo NIST para realizar um teste de Bell que obtiveram resultados semelhantes.
Os resultados do NIST são mais definitivo do que os relatados recentemente por pesquisadores da Delft University of Technology na Holanda.
No experimento NIST, a fonte de fótons e os dois detectores foram localizados em três salas diferentes, amplamente separados no mesmo andar em um grande prédio do laboratório. Os dois detectores são 184 metros de distância, e 126 e 132 metros, respectivamente, a partir da fonte de fótons.
A fonte cria um fluxo de pares de fótons por meio de um processo comum, no qual um feixe de laser estimula um tipo especial de cristal. Este processo é geralmente presumido para criar pares de fotões que são emaranhados, de modo que as polarizações dos fotões estão altamente correlacionados uns com os outros. Polarização refere-se à orientação específica do fóton, como (óculos de sol de polarização de luz preferencialmente bloco polarização horizontal) verticais ou horizontais, análogas aos dois lados de uma moeda.
A fonte cria um fluxo de pares de fótons por meio de um processo comum, no qual um feixe de laser estimula um tipo especial de cristal. Este processo é geralmente presumido para criar pares de fotões que são emaranhados, de modo que as polarizações dos fotões estão altamente correlacionados uns com os outros. Polarização refere-se à orientação específica do fóton, como (óculos de sol de polarização de luz preferencialmente bloco polarização horizontal) verticais ou horizontais, análogas aos dois lados de uma moeda.
Pares de fótons são então separados e enviados por cabo de fibra óptica para separar detectores nos quartos distantes. Enquanto os fótons estão em vôo, um gerador de números aleatórios escolhe uma das duas configurações de polarização para cada analisador de polarização. Se o fotão combinando a configuração do analisador, em seguida, foi detectado mais de 90 por cento do tempo.
Na melhor funcionamento experimental, ambos os detectores de fótons simultaneamente identificou um total de 6,378 vezes durante um período de 30 minutos. Outros resultados (como apenas um disparo detector) representaram apenas 5.749 dos 12.127 totais eventos relevantes. Os pesquisadores calcularam que a chance máximo de realismo local produzindo esses resultados é apenas 0,0000000059, ou cerca de 1 em 170 milhões. Este resultado ultrapassa exigência da comunidade de física de partículas para um resultado "5 sigma" necessário para declarar algo uma descoberta. Os resultados governar fortemente fora teorias realistas locais, o que sugere que a explicação da mecânica quântica de emaranhamento é de fato a explicação correta.
O experimento NIST fechou os três principais lacunas da seguinte forma:
Amostragem Fair: Graças a detectores de fóton único do NIST, o experimento foi eficiente o suficiente para garantir que os fótons detectados e resultados de medição eram representativas dos totais reais. Os detectores, feitas de nanofios supercondutores, eram 90 por cento eficiente, ea eficiência total do sistema foi de cerca de 75 por cento.
Sem mais rápido do que a luz de comunicação: Os dois detectores de fótons medidos a partir do mesmo par de algumas centenas de nanossegundos além, terminando mais de 40 nanossegundos antes de qualquer comunicação à velocidade da luz poderia ter lugar entre os detectores. Informações viajando à velocidade da luz exigiria 617 nanosegundos para viajar entre os detectores.
Liberdade de escolha: Definições do detector foram escolhidas por geradores de números aleatórios que operam fora do cone de luz (ou seja, a influência possível) da fonte de fótons, e, portanto, estavam isentos de manipulação. (Na verdade, o experimento demonstrou uma "violação de Bell máquina" que NIST, eventualmente, planeja usar para certificar aleatoriedade.)
Para assegurar ainda que as variáveis ocultas, tais como flutuações de rede de energia não poderia ter influenciado os resultados, os pesquisadores realizaram ensaios experimentais adicionais misturados com outra fonte de aleatoriedade-dados de filmes populares, programas de televisão e os dígitos do Pi. Este não alterou o resultado.
O Galaxy diário via NIST
Crédito de imagem: Com agradecimentos a John Jost / Jason Amini
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