Польські фізики довели, що квантові закони можуть визначати глобальні властивості Всесвіту

Міжнародна команда фізиків з Інституту ядерної фізики імені Генрика Неводничанського (IFJ PAN) у Кракові та Інституту теоретичної та прикладної інформатики (IITiS PAN) у Глівіце виявила, що сама ідентичність частинок може бути джерелом квантової нелокальності. Дослідження опубліковане в журналі npj Quan­tum Infor­ma­tion і відкриває новий підхід до розуміння фундаментальних властивостей квантової фізики.

Квантова нелокальність — це фундаментальна особливість квантової механіки, за якої заплутані частинки поводяться як єдина система, миттєво впливаючи на стан одна одної незалежно від відстані. Цей ефект порушує принципи локального реалізму, оскільки вимірювання однієї частинки миттєво визначає стан іншої. Явище підтверджено експериментально, попри те, що Айнштайн називав його «моторошною дією на відстані». — ред.

У квантовій механіці всі частинки одного типу — наприклад, фотони чи електрони — вважаються абсолютно однаковими. Ця невідмінність призводить до специфічних правил опису, таких як симетризація чи антисиметризація хвильових функцій, і створює новий тип заплутаності, що не вкладається у класичні тести Белла.

Польські дослідники перевірили, чи можливо виявити нелокальні кореляції у системах з ідентичними частинками, використовуючи лише пасивні оптичні елементи — дзеркала, розщеплювачі променя та детектори. Їхній аналіз показав, що навіть без прямої взаємодії між частинками можна створити конфігурацію, у якій порушуються нерівності Белла — класичний індикатор квантової нелокальності.

Результати свідчать, що всі ферміонні стани та майже всі бозонні стани (крім тих, що зводяться до одного модового) мають властивість квантової нелокальності. Автори запропонували алгоритм побудови оптичного експерименту для кожного типу стану, що робить відкриття практично застосовним.

«Наша робота показує, що сама невідмінність частинок приховує доступне джерело заплутаності. Виходить, що квантова нелокальність може бути вбудованою властивістю самого Всесвіту», — зазначив співавтор дослідження доктор Павел Бласяк, стипендіат програми Ful­bright у Каліфорнійському університеті Чапмана.

Це відкриття підкреслює, що фундаментальні питання квантової фізики залишаються відкритими та потребують подальших досліджень, а сама природа ідентичності частинок може стати ключем до розуміння глибинних законів Всесвіту.