BIG Bell Test - Globalt fysikeksperiment udfordrer Einstein ved hjælp af 100, 000 frivillige

Den 30. november, 2016, mere end 100, 000 mennesker rundt om i verden bidrog til en pakke med de første kvantfysiske eksperimenter, der er kendt for første gang, kendt som The BIG Bell Test. Brug af smartphones og andre internetforbundne enheder, deltagerne bidrog med uforudsigelige bidder, som afgjorde, hvor sammenfiltrede atomer, fotoner, og superledende enheder blev målt i 12 laboratorier rundt om i verden. Forskere brugte det menneskelige input til at lukke et genstridig smuthul i test af Einsteins princip om lokal realisme. Resultaterne er nu analyseret, og rapporteres i denne uges Natur .

I en Bell -test (opkaldt efter fysikeren John Stewart Bell), par af sammenfiltrede partikler, såsom fotoner, genereres og sendes til forskellige steder, hvor partikelegenskaber som fotonernes farver eller ankomsttidspunkt måles. Hvis måleresultaterne har en tendens til at blive enige, uanset hvilke egenskaber vi vælger at måle, det indebærer noget meget overraskende:enten påvirker målingen af ​​en partikel øjeblikkeligt den anden partikel (på trods af at den er langt væk), eller endda fremmed, ejendommene fandtes aldrig rigtigt, men snarere blev skabt af selve målingen. Begge muligheder modsiger lokal realisme, Einsteins verdensbillede af et univers uafhængigt af vores observationer, hvor ingen indflydelse kan rejse hurtigere end lys.

BIG Bell Test spurgte frivillige mennesker, kendt som Bellsters, at vælge målinger, for at lukke det såkaldte "valgfriheds-smuthul"-muligheden for at partiklerne selv påvirker valget af måling. Sådan indflydelse, hvis den eksisterede, ville ugyldiggøre testen det ville være som at lade eleverne skrive deres egne eksamensspørgsmål. Dette smuthul kan ikke lukkes ved at vælge med terninger eller tilfældige talgeneratorer, fordi der altid er mulighed for, at disse fysiske systemer er koordineret med de sammenfiltrede partikler. Menneskelige valg indfører elementet i fri vilje, hvorved folk kan vælge uafhængigt af, hvad partiklerne laver.

Ledet af ICFO-The Institute of Photonic Sciences, i Barcelona, BIG Bell Test rekrutterede deltagere over hele verden til at bidrage med uforudsigelige sekvenser af nuller og enere (bits) gennem et online videospil. Bitene blev dirigeret til state-of-the-art eksperimenter i Brisbane, Shanghai, Wien, Rom, München, Zürich, Pæn, Barcelona, Buenos Aires, Concepción Chile og Boulder Colorado, hvor de blev brugt til at indstille vinklerne på polarisatorer og andre laboratorieelementer til at bestemme, hvordan sammenfiltrede partikler blev målt.

Deltagerne bidrog med mere end 90 millioner bits, muliggøre en stærk test af lokal realisme, samt andre eksperimenter på realisme i kvantemekanik. De opnåede resultater er meget uenige i Einsteins verdenssyn, luk hullet til valgfrihed for første gang, og demonstrere flere nye metoder i studiet af sammenfiltring og lokal realisme.

ICFO Quantum Memory EXPERIMENT

Hvert af de 12 laboratorier rundt om i verden udførte et andet eksperiment, at teste lokal realisme i forskellige fysiske systemer og teste andre begreber relateret til realisme. ICFO bidrog med to forsøg. ICFO 1 -teamet, sammensat af Pau Farrera og Dr. Georg Heinze, ledet af ICREA Prof. hos ICFO Hugues de Riedmatten, udført en Bell -test ved hjælp af sammenfiltring mellem to meget forskellige objekter:en enkelt foton og en fanget sky med millioner af atomer. Denne sky fungerede som en "kvantehukommelse", der i nogen tid lagrede stofdelen af ​​den sammenfiltrede tilstand, og overføre det senere til en anden enkelt foton. Indviklingen blev analyseret ved hjælp af optiske interferometre og enkeltfotondetektorer. Måleindstillingerne for disse interferometre blev valgt efter de tilfældige tal, der blev leveret af Bellsters. Specifikt, tilfældige tal afgjorde de spændinger, der blev påført en piezoelektrisk enhed, der var fastgjort til interferometrene. De opnåede resultater modsiger klart begrebet lokal realisme.

ICFO 2-teamet udførte en Bell-test ved hjælp af sammenfiltring mellem to enkeltfotoner med forskellig farve genereret med en solid-state fotonpar. Forskerne, Dr. Andreas Lenhard, Alessandro Seri, Dr. Daniel Rieländer, og Dr. Margherita Mazzera, ledet af ICREA Prof. Hugues de Riedmatten, kunne generere smalbåndede fotonpar i flere diskrete frekvenstilstande. Efter adskillelse af fotonerne i parret, deres sammenfiltring blev analyseret ved hjælp af, i hver af de to arme, en elektrooptisk modulator til at overlappe de forskellige frekvenstilstande og et optisk hulrum som spektralfilter. De tilfældige tal fra Bellsters blev udnyttet til at vælge de spændinger, der driver både modulationsamplituden og fasen af ​​elektrooptiske modulatorer. Eksperimentet blev udført i samarbejde med ICFO -forskerne Dr. Osvaldo Jimenez, Dr. Alejandro Mattár og Dr. Daniel Cavalcanti, ledet af ICREA Prof. hos ICFO Antonio Acín. De udviklede en model til at beskrive den genererede sammenfiltrede tilstand og finde de optimale målinger til at modsige lokal realisme. Fra forsøget, der blev udført den 30. november, 2016, lokale realismeteorier kan udelukkes med et signifikansniveau på 3 standardafvigelser, mens en stærkere krænkelse, med mere end 8 standardafvigelser, blev opnået i ugerne efter Big Bell Test -dagen ved at udføre længere målinger med lagrede humane tilfældige tal.

Hugues de Riedmatten, ICREA -professor ved ICFO:"BBT var en fantastisk oplevelse. Det var fantastisk at se tilfældige tal skabt af Bellsters over hele verden tage kontrol over vores eksperimenter i realtid, og at se så mange mennesker deltage i et kvantefysisk eksperiment. "

Carlos Abellan, forsker ved ICFO og initiativtager til projektet:"BIG Bell Test var et utroligt udfordrende og ambitiøst projekt. Det lød umuligt svært på dag nul, men blev til virkelighed gennem snesevis af lidenskabelige forskere, videnskabskommunikatorer, journalister og medier, og især titusinder af mennesker, der bidrog til forsøget i løbet af 30. november, 2016. "

Morgan Mitchell, leder af BBT -projektet og ICREA -professor ved ICFO:"Det mest fantastiske for mig er, at argumentet mellem Einstein og Niels Bohr, efter mere end 90 års bestræbelser på at gøre det strengt og eksperimentelt testbart, bevarer stadig et menneskeligt og filosofisk element. Vi ved, at Higgs boson og gravitationsbølger eksisterer takket være fantastiske maskiner, fysiske systemer bygget til at teste fysikkens love. Men lokal realisme er et spørgsmål, vi ikke helt kan besvare med en maskine. Det ser ud til, at vi selv må være en del af forsøget, for at holde universet ærligt. "

BIG Bell Test -teamet vil endnu en gang takke de tusindvis af deltagere, der så generøst og entusiastisk har bidraget til dette initiativ. Uden dette væsentlige bidrag, forsøget ville aldrig have været muligt.