در یک شبیه‌سازی با استفاده از فوتون ها، اصول درهمتنیدگی با واسطه ی گرانش به صورت تجربی نشان داده شد و بینشی در مورد ماهیت گرانش فراهم آمد.

تصویری نمایشی از آزمایش فوتونیکی اجرا شده که در آن درهم‌تنیدگی بین قطبش‌ های تک فوتون ‌ها با واسطه ی درجه آزادی مستقل مسیر فوتون انجام می‌شود. به طور قابل توجهی، درهم تنیدگی با واسطه‌، یک اصل مرکزی از آزمایش‌های آینده با استفاده از ذرات پرجرم را نشان می‌دهد که هدف آن برای اولین بار بررسی کوانتومی گرانش است.

در یک تحول پیشگامانه در فصل مشترک مکانیک کوانتومی و نسبیت عام، محققان گام های مهمی در جهت کشف اسرار گرانش کوانتومی برداشته اند. این کار نور جدیدی بر آزمایش‌های آینده می‌افکند که نویدبخش حل یکی از اساسی‌ترین معماها در فیزیک مدرن است: آشتی نظریه گرانش اینشتین با اصول مکانیک کوانتومی.

چالش طولانی مدت متحد کردن این دو ستون فیزیک، دانشمندان را برای دهه‌ ها وسوسه کرده و چارچوب‌ های نظری مختلفی مانند نظریه ریسمان و گرانش کوانتومی حلقه را ایجاد نموده است. با این حال، بدون تایید تجربی، این نظریه ها حدس و گمان باقی می مانند.

چگونه ماهیت کوانتومی گرانش را آزمایش کنیم؟ ابزارهای ملموس برای بررسی رفتار کوانتومی میدان گرانشی در دهه گذشته توسط مارلتو و ودرال، و بوز و همکاران بر اساس مفهوم "درهمتنیدگی با واسطه ی گرانش" )gravity-mediated entanglement) ارائه شد.

در مطالعه‌ای که اخیراً در Advanced Photonics Nexus منتشر شده است، یک تیم بین‌المللی از محققان به هدف مهمی در آماده‌ سازی آزمایش‌ های آینده در تلاش برای متحد کردن مکانیک کوانتومی و نسبیت عام دست یافتند. کار آنها از ابزارها و تکنیک های پیشرفته از نظریه اطلاعات کوانتومی و اپتیک کوانتومی برای نشان دادن اصول درهمتنیدگی با واسطه ی گرانش با استفاده از ذرات نور، یعنی فوتون ها استفاده می کند.

این آزمایش شامل برهمکنش بین فوتون ها برای تقلید اثر میدان گرانشی بر ذرات کوانتومی است. به طرز چشمگیری برخی از ویژگی‌های فوتون‌ها، علی‌رغم اینکه هرگز مستقیماً برهم‌کنش نمی‌کنند، در همتنیده می‌شوند و یک پدیده کوانتومی اساسی را به نمایش می‌گذارند: غیرموضعی بودن )nonlocality(. این درهم‌تنیدگی به واسطه یکی دیگر از ویژگی‌های فوتونی مستقل انجام می‌شود و رفتار فرضی درهم‌تنیدگی با واسطه ی گرانش را منعکس می‌کند که بینش‌های مهمی را در مورد ماهیت کوانتومی گرانش ارائه می‌دهد.

نکته مهم این است که این مطالعه به چالش تشخیص درهمتنیدگی ایجاد شده در این آزمایش‌ها نیز می‌پردازد. محققان با مشخص کردن محدودیت‌ها و منابع نوفه (noise) ذاتی در چنین آزمایش‌هایی، راه را برای شفاف‌سازی مفاهیم و ابزارهایی که با هدف مشاهده مستقیم درهم‌تنیدگی با واسطه گرانش در آزمایش‌های آینده استفاده می‌شوند، هموار می‌کنند.

آزمایش‌های تجربی درهم‌تنیدگی با واسطه گرانش می‌تواند نویدبخش عصر جدیدی در درک ما از ماهیت بنیادی جهان باشد. به گفته نویسنده، امانوئل پولینو Emanuele Polino، که در زمان انجام این تحقیق به‌ عنوان محقق پسادکترا در آزمایشگاه کوانتومی دانشگاه ساپینزا، تحت حمایت کنسرسیوم QISS کار می‌کرد: پیامدهای این تحقیق عمیق است. این یک اعتبار تجربی برای اصول نهفته در آزمایش‌های گرانش کوانتومی آینده است که به عنوان آزمون تورنسل برای چارچوب‌های نظری رقیب عمل می‌کند.

از آنجا که فیزیکدان ها به گسترش مرزهای تحقیقات تجربی و نظری ادامه می‌دهند، تلاش برای رمزگشایی از اسرار گرانش کوانتومی با این تحقیق پیشگامانه گام مهمی به جلو برداشته است.

منبع:

Toward testing the quantum behavior of gravity: A photonic quantum simulation

ترجمه خبر: شهره کرمی