Las pruebas de Bell llevan medio siglo confirmando la no localidad del mundo cuántico, pero hasta ahora los experimentos con partículas masivas solo habían utilizado sus estados internos, como el espín. El movimiento de una partícula es fundamentalmente diferente: determina cómo se propaga la materia en el espacio y cómo reacciona a la gravedad. Este trabajo se suma a una serie de logros recientes en el control de estados de momento de átomos ultrafríos, donde ya se habían observado correlaciones de Bell, pero la elección independiente de bases de medición locales para modos espacialmente separados seguía siendo un problema sin resolver.
El experimento comienza con un condensado de Bose-Einstein de aproximadamente $10^5$ átomos de helio-4 metaestable. Un pulso de Bragg corto divide el condensado en tres componentes de momento, cuyas colisiones generan pares de átomos con momentos opuestos, formando dos halos de dispersión esféricos. Para controlar de forma independiente las fases en las dos mitades del halo, se utiliza una red de Bragg de doble resonancia creada mediante modulación de amplitud del campo láser. Esto permite implementar las bases de medición locales necesarias para la prueba de Bell. Un interferómetro tipo Rarity-Tapster con pulsos de espejo y divisor de haz recombina las trayectorias de los pares, y un detector de placas de microcanales reconstruye los momentos tridimensionales de los átomos.
La función de correlación de Bell medida muestra una dependencia cosenoidal con la suma de fases, con una visibilidad V = 0.93(2), consistente con un modelo que tiene en cuenta la contribución de estados de Fock superiores y el promedio sobre ventanas de detección finitas. Para cuatro ajustes de fase seleccionados, el parámetro CHSH resultó S = 2.52 ± 0.17, lo que viola el límite del realismo local S ≤ 2 en aproximadamente tres desviaciones estándar. Esta es la primera demostración directa de correlaciones no locales en estados de momento de partículas masivas.
A diferencia de trabajos cercanos que se limitaban a observar correlaciones de Bell o a propuestas teóricas, aquí se implementa por primera vez una prueba de Bell completa con elección independiente de fases locales para modos de momento espacialmente separados. Esto culmina un objetivo largamente perseguido en la óptica atómica cuántica y abre un nuevo régimen para estudiar la no localidad en ondas de materia, además de proporcionar una plataforma para probar la interacción entre la mecánica cuántica y la gravedad.
La red de Bragg de doble resonancia permite mediciones en bases interferométricas arbitrarias, lo que posibilitará realizar tomografías completas de los estados cuánticos y caracterizar el entrelazamiento de muchas partículas. En el futuro, la plataforma podría ampliarse a mezclas de isótopos de helio-3 y helio-4 para estudiar la influencia de la masa en la no localidad cuántica y en la gravedad.
Los resultados influirán en la interferometría atómica de precisión, la información cuántica con variables continuas y las pruebas fundamentales de la gravedad cuántica.
Los próximos pasos incluyen aumentar la estadística para reforzar la significancia de la violación, así como adaptar el esquema para trabajar con pares entrelazados de átomos de diferente masa.
El trabajo está directamente relacionado con el problema abierto de conciliar la mecánica cuántica con la relatividad general: probar la no localidad en el movimiento de partículas masivas acerca los experimentos al régimen donde los efectos gravitacionales podrían influir en las correlaciones cuánticas.
Esta sección está dirigida al autor del trabajo y a sus colegas. Los trabajos vecinos los encontró la búsqueda por significado en nuestro archivo, no por coincidencia de palabras. No evaluamos: mostramos el campo alrededor.
Qué hace el trabajo
Los autores implementaron una prueba de Bell en estados de impulso de partículas masivas, utilizando pares de átomos de helio entrelazados en impulso provenientes de un condensado de Bose-Einstein. Mediante una rejilla de Bragg de dos resonancias, controlaron de manera independiente las fases en modos separados espacialmente y midieron el parámetro CHSH S = 2.52 ± 0.17, violando el límite clásico por tres desviaciones estándar. Esta es la primera evidencia directa de correlaciones no locales en los grados de libertad externos de partículas masivas.
Dónde está su fuerza
El trabajo culmina un objetivo largamente perseguido en la óptica atómica cuántica: una prueba de Bell completa con elección independiente de las bases locales para los modos de impulso. La plataforma creada combina una alta visibilidad de las correlaciones con una resolución tridimensional del impulso, lo que abre el camino para investigar la interacción de la mecánica cuántica con la gravedad.
Hacia dónde puede avanzar
Vale la pena probar
Por qué puede importar
Extender las pruebas de Bell a los grados de libertad externos de partículas masivas abre una vía experimental para examinar cuestiones fundamentales sobre la naturaleza cuántica de la gravedad y los límites de aplicabilidad de la mecánica cuántica en un espacio-tiempo curvo.
Trabajos cercanos en nuestro archivo
El archivo está vacío alrededor de este trabajo: el análisis más cercano queda en 0.55, frente a un 0.64 habitual. Parece que aquí al lado casi nadie ha perforado.
El detector se encontraba 848 mm por debajo de la trampa, y los átomos caían sobre él durante aproximadamente 0.416 segundos, alcanzando una velocidad de unos 65 mm/s en el momento de la detección.