Experimentul lui Aspect pentru confirmarea principiilor inseparabilității cuantice și al localității

(Alain Aspect explicând experimentul său)

Experimentul lui Aspect a fost primul experiment de mecanică cuantică prin care s-a demonstrat încălcarea inegalităților lui Bell cu fotonii folosind detectoare la distanță. Rezultatul său din 1982 a permis validarea ulterioară a principiilor inseparabilității cuantice și al localității. De asemenea, a oferit un răspuns experimental la paradoxul lui Albert Einstein, Boris Podolsky și Nathan Rosen care fusese propus cu aproximativ cincizeci de ani mai devreme.

A fost primul experiment care a eliminat lacuna localității, deoarece a reușit să modifice unghiul polarizatorilor în timp ce fotonii erau în zbor, mai repede decât i-ar trebui luminii să ajungă la celălalt polarizator, eliminând posibilitatea comunicării între detectoare.

Experimentul a fost condus de fizicianul francez Alain Aspect la Institut d’optique théorique et appliquée din Orsay între 1980 și 1982. Importanța sa a fost imediat recunoscută de comunitatea științifică. Deși metodologia efectuată de Aspect prezintă un potențial defect, lacuna de detectare, rezultatul său este considerat decisiv și a condus la numeroase alte experimente (așa-numitele teste Bell) care au confirmat experimentul original al lui Aspect.[1]

Pentru munca sa pe această temă, Aspect a primit o parte din Premiul Nobel pentru Fizică în 2022.[2]

Inseparabilitatea și paradoxul EPR

Paradoxul Einstein–Podolsky–Rosen (EPR) este un experiment de gândire propus de fizicienii Albert Einstein, Boris Podolsky și Nathan Rosen care susține că descrierea realității fizice oferită de mecanica cuantică este incompletă.[3] În lucrarea EPR din 1935 intitulată „Descrierea mecanică cuantică a realității fizice poate fi considerată completă?”, ei au susținut existența „elementelor realității” care nu făceau parte din teoria cuantică și au speculat că ar trebui să fie posibilă construirea unei teorii care să conţină aceste variabile ascunse. Rezoluțiile paradoxului au implicații importante pentru interpretarea mecanicii cuantice.

Experimentul de gândire implică o pereche de particule pregătite în ceea ce mai târziu va deveni cunoscut sub numele de stare inseparată. Einstein, Podolsky și Rosen au subliniat că, în această stare, dacă s-ar măsura poziția primei particule, rezultatul măsurării poziției celei de-a doua particule ar putea fi prezis. Dacă în schimb s-ar măsura impulsul primei particule, atunci rezultatul măsurării impulsului celei de-a doua particule ar putea fi prezis. Ei au susținut că nicio acțiune întreprinsă asupra primei particule nu ar putea afecta instantaneu cealaltă, deoarece aceasta ar implica transmiterea informațiilor mai rapid decât lumina, ceea ce este interzis de teoria relativității. Ei au invocat un principiu, cunoscut mai târziu sub numele de „criteriul EPR al realității”, postulând că: „Dacă, fără a perturba în niciun fel un sistem, putem prezice cu certitudine (adică, cu probabilitate egală cu unitatea) valoarea unei mărimi fizice, atunci există un element de realitate corespunzător acelei cantități.” Din aceasta, ei au dedus că a doua particulă trebuie să aibă o valoare definită atât a poziției, cât și a impulsului înainte ca oricare dintre mărimi să fie măsurată. Dar mecanica cuantică consideră aceste două observabile incompatibile și, prin urmare, nu asociază valori simultane pentru ambele oricărui sistem. Prin urmare, Einstein, Podolsky și Rosen au concluzionat că teoria cuantică nu oferă o descriere completă a realității.[4]