Физики из Австралийского национального университета сделали то, что десятилетиями не удавалось их коллегам — они наблюдали квантовую запутанность у движущихся атомов. Не у фотонов, как обычно, а у настоящих частиц материи, обладающих массой.
Чтобы понять, почему это важно, надо сделать небольшое отступление. Квантовая запутанность — один из самых странных эффектов в физике. Две частицы становятся связанными настолько, что состояние одной мгновенно влияет на состояние другой, как бы далеко они ни находились. Эйнштейн называл это «жутким действием на расстоянии» и до конца жизни не мог с этим смириться. Но эксперименты подтверждают: да, именно так Вселенная и работает.
Всё, что касается фотонов — частиц света — уже изучено вдоль и поперёк. Миллионы экспериментов, тысячи статей. А вот с массивной материей всё было сложнее. Атомы тяжёлые, они подвержены гравитации, они взаимодействуют с окружением. Заставить их проявить квантовую запутанность в движении — задача, с которой многие пытались справиться и терпели неудачи.
Команда из ANU под руководством Шона Ходжмана и аспиранта Йогеша Шридхара использовала для эксперимента атомы гелия. И напрямую зафиксировала эффект: атомы демонстрировали запутанность в импульсе, то есть в движении. По сути, учёные подтвердили, что одна и та же частица материи может находиться в двух местах одновременно и даже интерферировать сама с собой в этих локациях.
Зачем это нужно — кроме того, что это невероятно красиво? Одна из главных нерешённых задач современной физики — соединить квантовую механику (которая описывает мир в микромасштабах) с общей теорией относительности (которая описывает гравитацию и Вселенную). Это называется «теория всего», и её ищут уже больше столетия.