os físicos do MIT descobriram que partículas subatômicas chamadas neutrinos podem estar em superposição, sem identidades individuais, ao viajar centenas de milhas. Os seus resultados, que serão publicados no final deste mês na Physical Review Letters, representam a maior distância sobre a qual a mecânica quântica foi testado até à data.
A equipe analisou dados sobre as oscilações de neutrinos - partículas subatômicas que interagem muito fracamente com a matéria, passando por nossos corpos pelos bilhões por segundo, sem qualquer efeito. Neutrinos pode oscilar, ou alternar entre vários diferentes "sabores", como eles viajam através do universo perto da velocidade da luz.
No mundo do quantum, infinitamente pequenas partículas, comportamentos estranhos e, muitas vezes desafiando-logic abundam. Talvez o mais estranho deles é a ideia da superposição, em que os objetos podem existir simultaneamente em dois ou mais estados aparentemente contra-intuitivas. Por exemplo, de acordo com as leis da mecânica quântica, os elétrons podem girar no sentido horário e anti-horário, ou seja, tanto em repouso e animado, ao mesmo tempo.
O físico Erwin Schrödinger destacou algumas conseqüências estranhas da idéia de superposição mais de 80 anos atrás, com uma experiência de pensamento que posou que um gato preso em uma caixa com uma fonte radioativa poderia estar em um estado de superposição, considerado vivo e morto, de acordo com as leis da mecânica quântica. Desde então, os cientistas têm provado que as partículas podem estar realmente em superposição, em quântica, escalas subatômicas. Mas se tal fenómeno estranho pode ser observado em nosso mundo maior, todos os dias é, uma questão em prosseguir activamente aberta.
Os pesquisadores obtiveram dados de do Fermilab principal Injector Neutrino Oscillation Pesquisa , ou MINOS, um experimento em que neutrinos são produzidos a partir da dispersão dos outros, partículas aceleradas de alta energia em uma instalação perto de Chicago e transmitido para um detector em Soudan, Minnesota, 735 quilômetros (456 milhas). Embora os neutrinos deixar Illinois como um sabor, que pode oscilar ao longo de sua jornada, chegando em Minnesota como um sabor completamente diferente.
A equipe de MIT estudada a distribuição de sabores neutrinos gerados em Illinois, contra os detectados em Minnesota, e descobriram que estas distribuições podem ser explicadas mais facilmente por fenómenos quântica: Como neutrinos acelerou entre o reactor e o detector, que foram estatisticamente mais provável de estar em um estado de superposição, sem sabor ou identidade definida.
Além do mais, os pesquisadores descobriram que os dados eram "em alta tensão" com as descrições mais clássicas da forma como a matéria deve se comportar.Em particular, foi estatisticamente pouco provável que os dados poderiam ser explicadas por qualquer modelo do tipo que Einstein procurado, em que objetos sempre incorporam propriedades definidas em vez de existir em sobreposições.
"O que é fascinante é que muitos de nós tendem a pensar da mecânica quântica que aplicam em pequenas escalas", diz David Kaiser, o Professor Germeshausen da História da Ciência e professor de física no MIT. "Mas acontece que não podemos escapar a mecânica quântica, mesmo quando descrever os processos que acontecem ao longo de grandes distâncias. Não podemos parar a nossa descrição da mecânica quântica, mesmo quando essas coisas deixam um estado e entrar em outro, viajar centenas de milhas. Eu acho que é de tirar o fôlego. "
A equipe analisou os dados MINOS, aplicando uma versão ligeiramente alterada do desigualdade de Leggett-Garg , uma expressão matemática nomeado após físicos Anthony Leggett e Anupam Garg, que derivam a expressão para testar se um sistema com dois ou mais estados distintos atos em um quantum ou moda clássica.
Leggett e Garg percebeu que as medidas de um tal sistema, e as correlações estatísticas entre essas medidas, deve ser diferente se o sistema se comporta de acordo com a clássica contra as leis da mecânica quântica.
"Eles perceberam que você começa diferentes previsões para as correlações de medidas de um único sistema ao longo do tempo, se você supor a superposição contra o realismo," Kaiser explica, onde "realismo" se refere a modelos do tipo Einstein, em que as partículas devem sempre existem em alguma definitiva Estado.
Formaggio teve a ideia de virar a expressão um pouco, não se aplique às medições repetidas ao longo do tempo, mas para medições em uma gama de energias de neutrinos. No experimento MINOS, um grande número de neutrinos são criados em várias energias, onde Kaiser diz que então "carenagem através da Terra, através de rocha sólida, e uma pequena garoa deles será detectado" 735 quilómetros de distância.
De acordo com a reformulação da desigualdade Leggett-Garg de Formaggio, a distribuição de sabores de neutrinos - o tipo de neutrino, que finalmente chega ao detector - deve depender as energias em que os neutrinos foram criados.Além disso, essas distribuições de sabor deve olhar muito diferente se os neutrinos assumiu uma identidade definida durante toda a viagem, contra se eles estavam em sobreposição, sem sabor distinto.
Aplicando a sua versão modificada da expressão Leggett-Garg de oscilações de neutrinos, o grupo previu a distribuição de sabores de neutrinos de chegar ao detector, tanto se os neutrinos estavam se comportando de forma clássica, de acordo com uma teoria Einstein-like, e se eles estavam agindo em um estado quântico, em superposição. Quando compararam as duas distribuições previstas, descobriram que não havia praticamente nenhuma sobreposição.
Mais importante, quando eles compararam estas previsões com a distribuição real de sabores de neutrinos observados a partir do experimento MINOS, eles descobriram que os dados se encaixam perfeitamente dentro da distribuição prevista para um sistema quântico, o que significa que os neutrinos muito provavelmente não têm identidades individuais, enquanto viaja ao longo de centenas de milhas entre detectores.
Mas e se essas partículas verdadeiramente encarnada sabores distintos em cada momento no tempo, em vez de ser alguns fantasmas, nem-aqui-nor há fantasmas da física quântica? E se esses neutrinos se comportou de acordo com a visão baseada em realismo de Einstein do mundo? Afinal, poderia haver vermes estatísticos devido a defeitos de instrumentação, que ainda pode gerar uma distribuição de neutrinos que os pesquisadores observaram. Kaiser diz que se fosse esse o caso e "o mundo realmente obedeceu intuições de Einstein," as chances de um tal modelo que representam os dados observados seria "algo como uma em um bilhão."
"O que dá às pessoas uma pausa é, a mecânica quântica é quantitativamente precisa e ainda vem com toda essa bagagem conceitual", diz Kaiser. "É por isso que eu gosto de testes como este: Vamos deixar essas coisas viajar mais longe do que a maioria das pessoas irá conduzir em uma viagem de família, e vê-los aumentar através do grande mundo em que vivemos, não apenas o estranho mundo da mecânica quântica, por centenas de milhas. E mesmo assim, não podemos parar de usar a mecânica quântica. Nós realmente ver os efeitos quânticos persistem em distâncias macroscópicas ".
Kaiser é um co-autor no papel, que inclui MIT professor de física Joseph Formaggio, júnior Talia Weiss, e ex-alunos formados Mykola Murskyj.
O Galaxy diário via MIT
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