Idea „teorii wszystkiego” jest kusząca - że moglibyśmy jakoś wyjaśnić wszystko, co jest. Ale teraz zespół badawczy kierowany przez naukowców z Imperial College London niespodziewanie odkrył, że teoria strun wydaje się również przewidywać zachowanie splątanych cząstek kwantowych. Ponieważ tę prognozę można przetestować w laboratorium, naukowcy twierdzą, że mogą teraz przetestować teorię strun.
„Jeśli eksperymenty wykażą, że nasze przewidywania dotyczące splątania kwantowego są prawidłowe, pokaże to, że teoria strun„ działa ”w przewidywaniu zachowania splątanych układów kwantowych” - powiedział profesor Mike Duff, główny autor badania.
Teoria strun została pierwotnie opracowana w celu opisania podstawowych cząstek i sił, które tworzą nasz wszechświat, i jest ulubionym konkurentem fizyków, który pozwala nam pogodzić to, co wiemy o niewiarygodnie małej fizyce cząstek z naszym rozumieniem bardzo dużych z nasze badania kosmologii. Wykorzystanie teorii do przewidzenia zachowania splątanych cząstek kwantowych daje pierwszą okazję do przetestowania teorii strun eksperymentalnie.
Ale - przynajmniej na razie - naukowcy nie będą w stanie potwierdzić, że teoria strun jest w rzeczywistości sposobem na wyjaśnienie wszystkiego, tylko jeśli faktycznie działa.
„Nie będzie to dowodem na to, że teoria strun jest właściwą„ teorią wszystkiego ”poszukiwaną przez kosmologów i fizyków cząstek” - powiedział Duff. „Jednak będzie to bardzo ważne dla teoretyków, ponieważ pokaże, czy teoria strun działa, nawet jeśli jej zastosowanie znajduje się w nieoczekiwanym i niezwiązanym obszarze fizyki”.
Teoria strun jest teorią grawitacji, rozszerzeniem ogólnej teorii względności, a klasyczna interpretacja strun i otrębów polega na tym, że są one kwantowymi drganiami mechanicznymi, wydłużonymi naładowanymi czarnymi dziurami. Teoria ta zakłada, że elektrony i kwarki w atomie nie są 0- obiekty wymiarowe, ale ciągi jednowymiarowe. Te struny mogą się poruszać i wibrować, nadając obserwowanym cząsteczkom ich smak, ładunek, masę i spin. Sznurki tworzą zamknięte pętle, chyba że napotkają powierzchnie, zwane D-branami, gdzie mogą się otwierać w linie 1-wymiarowe. Punkty końcowe łańcucha nie mogą oderwać D-brane, ale mogą się po nim ślizgać.
Duff powiedział, że siedzi na konferencji w Tasmanii, gdzie kolega przedstawia matematyczne formuły opisujące splątanie kwantowe, kiedy coś zdaje sobie sprawę. „Nagle rozpoznałem jego formuły jako podobne do niektórych, które opracowałem kilka lat wcześniej, używając teorii strun do opisywania czarnych dziur. Kiedy wróciłem do Wielkiej Brytanii, sprawdziłem swoje zeszyty i potwierdziłem, że matematyka z tych bardzo różnych dziedzin była rzeczywiście identyczna. ”
Duff i jego koledzy zdali sobie sprawę, że matematyczny opis wzoru splątania między trzema kubitami przypomina matematyczny opis, w teorii strun, konkretnej klasy czarnych dziur. Łącząc swoją wiedzę na temat dwóch najdziwniejszych zjawisk we wszechświecie, czarnych dziur i splątania kwantowego, zdali sobie sprawę, że mogą wykorzystać teorię strun do stworzenia prognozy, którą można przetestować. Wykorzystując matematykę teorii strun opisującą czarne dziury, przewidzieli wzór splątania, który nastąpi, gdy cztery kubity zostaną splątane ze sobą. (Odpowiedź na ten problem nie została wcześniej obliczona.) Chociaż jest to technicznie trudne, wzór splątania między czterema splątanymi kubitami można zmierzyć w laboratorium i przetestować dokładność tej prognozy.
Odkrycie, że teoria strun wydaje się przewidywać splątanie kwantowe, jest całkowicie nieoczekiwane, ale ponieważ splątanie kwantowe można zmierzyć w laboratorium, oznacza to, że istnieje sposób - wreszcie - naukowcy mogą przetestować prognozy na podstawie teorii strun.
Jednak, powiedział Duff, nie ma oczywistego związku z wyjaśnieniem, dlaczego opracowywana teoria opisująca podstawowe działania naszego wszechświata jest przydatna do przewidywania zachowania splątanych układów kwantowych. „To może nam powiedzieć coś bardzo głębokiego o świecie, w którym żyjemy, lub może to być tylko dziwny zbieg okoliczności”, powiedział Duff. „Tak czy inaczej, jest to przydatne”.
Źródło: Imperial College London
