Khám phá ra vướng víu lượng tử hoàn toàn mới

Các nhà vật lý tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Brookhaven (BNL) đã phát hiện ra một vướng víu lượng tử (quantum entanglement) hoàn toàn mới, hiện tượng lạ liên kết các hạt ở bất kỳ khoảng cách nào. Trong các thí nghiệm máy gia tốc hạt, sự vướng víu mới này cho phép các nhà khoa học có thể nhìn được vào bên trong hạt nhân nguyên tử một cách chi tiết hơn bao giờ hết.

Các cặp hạt có thể gắn kết chặt chẽ với nhau đến mức không thể mô tả hạt này mà không có hạt kia, bất kể chúng có cách nhau bao xa. Kỳ lạ hơn nữa, việc thay đổi một hạt sẽ ngay lập tức kích hoạt sự thay đổi đối tác của nó, ngay cả khi nó ở phía bên kia của vũ trụ. Ý tưởng, được gọi là vướng víu lượng tử, nghe có vẻ bất khả thi đối với chúng ta, vì chúng ta đang ở trong lĩnh vực vật lý cổ điển. Ngay cả Einstein cũng cảm thấy lo lắng về nó, gọi nó là “hành động ma quái từ xa”. Tuy nhiên, hàng thập kỷ thử nghiệm đã liên tục hỗ trợ nó và nó tạo thành nền tảng của các công nghệ mới nổi như máy tính lượng tử và mạng.

Thông thường, các quan sát về vướng víu lượng tử được thực hiện giữa các cặp photon hoặc electron giống hệt nhau về bản chất. Nhưng giờ đây, lần đầu tiên, nhóm nghiên cứu của BNL đã phát hiện ra các cặp hạt khác nhau trải qua hiện tượng vướng víu lượng tử.

Khám phá này được thực hiện trong Máy va chạm ion nặng tương đối tính (RHIC) tại Phòng thí nghiệm Brookhaven, dùng để thăm dò các dạng vật chất tồn tại trong vũ trụ sơ khai bằng cách tăng tốc và đập các ion vàng vào nhau. Nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng ngay cả khi các ion không va chạm, vẫn có nhiều thứ cần phải học từ những lần suýt va chạm.

Các ion vàng tăng tốc được bao quanh bởi các đám mây photon nhỏ bé và khi hai ion đi ngang qua nhau, các photon từ một ion nào đó có thể chụp ảnh lại cấu trúc bên trong của ion kia, một cách chi tiết hơn bao giờ hết. Chỉ điều đó thôi cũng đủ hấp dẫn đối với các nhà vật lý, tuy vậy, điều này chỉ có thể xảy ra nhờ vào một dạng vướng víu lượng tử chưa từng có.

Các photon tương tác với các hạt cơ bản bên trong hạt nhân của mỗi ion, kích hoạt từng đợt để cuối cùng tạo ra các cặp hạt gọi là pion, một hạt dương và một hạt âm. Như kiến thức môn vật lý ở trường trung học, một số hạt cũng có thể được mô tả là sóng, và trong trường hợp này, sóng từ cả hai pion âm củng cố lẫn nhau và sóng từ cả hai pion dương củng cố lẫn nhau. Điều đó dẫn đến chỉ một hàm sóng pion dương và một hàm âm va đập vào máy dò.

Điều này chỉ ra rằng mỗi cặp pion dương và âm bị vướng víu với nhau. Nhóm nghiên cứu cho biết, nếu không, các làm sóng đập vào máy dò sẽ hoàn toàn ngẫu nhiên. Như vậy, đây là phát hiện đầu tiên về sự vướng víu lượng tử của các hạt khác nhau.

Zhangbu Xu, tác giả của nghiên cứu cho biết, nhóm nghiên cứu chúng tôi phát hiện thấy các kiểu giao thoa cho thấy các hạt này bị vướng víu hoặc đồng bộ với nhau, mặc dù chúng là những hạt có thể phân biệt được.

Cùng với việc mở rộng hiểu biết của chúng ta về vật lý lượng tử, phát hiện này có thể dẫn đến các công nghệ mới, chẳng hạn như phương pháp mà nhóm nghiên cứu đang sử dụng để quan sát bên trong hạt nhân của các ion vàng.

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science Advances gần đây.

P.T.T (NASATI), theo https://newatlas.com/physics/new-type-quantum-entanglement-particles/, 5/1/2023