Op 30 november, 2016, meer dan 100, 000 mensen over de hele wereld hebben bijgedragen aan een reeks eersteklas kwantumfysica-experimenten die bekend staan ​​als The BIG Bell Test. Met behulp van smartphones en andere met internet verbonden apparaten, deelnemers droegen onvoorspelbare stukjes bij, die bepaalden hoe verstrengelde atomen, fotonen, en supergeleidende apparaten werden gemeten in 12 laboratoria over de hele wereld. Wetenschappers gebruikten de menselijke inbreng om een ​​hardnekkige maas in de wet te dichten bij het testen van Einsteins principe van lokaal realisme. De resultaten zijn nu geanalyseerd, en worden gerapporteerd in de . van deze week Natuur .

In een Bell-test (genoemd naar de natuurkundige John Stewart Bell), paren verstrengelde deeltjes zoals fotonen worden gegenereerd en naar verschillende locaties gestuurd, waar deeltjeseigenschappen zoals de kleuren van de fotonen of het tijdstip van aankomst worden gemeten. Als de meetresultaten overeenkomen, ongeacht welke eigenschappen we kiezen om te meten, het impliceert iets heel verrassends:ofwel heeft de meting van het ene deeltje onmiddellijk effect op het andere deeltje (ondanks dat het ver weg is), of nog vreemder, de eigenschappen hebben nooit echt bestaan, maar werden eerder gecreëerd door de meting zelf. Beide mogelijkheden zijn in tegenspraak met het lokale realisme, Einstein's wereldbeeld van een universum onafhankelijk van onze waarnemingen, waarin geen enkele invloed sneller kan reizen dan het licht.

De BIG Bell-test vroeg menselijke vrijwilligers, bekend als Bellsters, om de afmetingen te kiezen, om de zogenaamde "vrijheid van keuze maas in de wet" te dichten - de mogelijkheid dat de deeltjes zelf de keuze van de meting beïnvloeden. zo'n invloed, als het bestond, zou de test ongeldig maken; het zou zijn alsof je studenten hun eigen examenvragen laat schrijven. Deze maas in de wet kan niet worden gesloten door te kiezen met dobbelstenen of random number generators, omdat er altijd de mogelijkheid is dat deze fysieke systemen gecoördineerd zijn met de verstrengelde deeltjes. Menselijke keuzes introduceren het element van vrije wil, waardoor mensen onafhankelijk kunnen kiezen wat de deeltjes ook doen.

Onder leiding van ICFO-The Institute of Photonic Sciences, in Barcelona, de BIG Bell-test rekruteerde deelnemers over de hele wereld om onvoorspelbare reeksen van nullen en enen (bits) bij te dragen via een online videogame. De bits werden doorgestuurd naar state-of-the-art experimenten in Brisbane, Sjanghai, Wenen, Rome, München, Zürich, Mooi hoor, Barcelona, Buenos Aires, Concepción Chili en Boulder Colorado, waar ze werden gebruikt om de hoeken van polarisatoren en andere laboratoriumelementen in te stellen om te bepalen hoe verstrengelde deeltjes werden gemeten.

Deelnemers droegen bij met meer dan 90 miljoen bits, een sterke test van lokaal realisme mogelijk maken, evenals andere experimenten op realisme in de kwantummechanica. De verkregen resultaten zijn het sterk oneens met Einsteins wereldbeeld, voor het eerst de maas in de keuzevrijheid dichten, en demonstreren verschillende nieuwe methoden in de studie van verstrengeling en lokaal realisme.

HET ICFO Quantum Geheugen EXPERIMENT

Elk van de 12 laboratoria over de hele wereld voerde een ander experiment uit, om lokaal realisme te testen in verschillende fysieke systemen en om andere concepten met betrekking tot realisme te testen. ICFO droeg bij met twee experimenten. Het ICFO 1-team, samengesteld uit Pau Farrera en Dr. Georg Heinze, onder leiding van ICREA Prof. bij ICFO Hugues de Riedmatten, voerde een Bell-test uit met verstrengeling tussen twee zeer verschillende objecten:een enkel foton en een ingesloten wolk met miljoenen atomen. Deze wolk fungeerde als een "kwantumgeheugen" dat enige tijd het materiedeel van de verstrengelde toestand opsloeg, en later overbrengen naar een ander enkel foton. De verstrengeling werd geanalyseerd met behulp van optische interferometers en enkelvoudige fotondetectoren. De meetinstellingen van deze interferometers werden gekozen door de willekeurige getallen die door de Bellsters werden verstrekt. specifiek, de willekeurige getallen bepaalden de spanningen die werden toegepast op een piëzo-elektrisch apparaat dat aan de interferometers was bevestigd. De verkregen resultaten zijn duidelijk in tegenspraak met het concept van lokaal realisme.

Het ICFO 2-team voerde een Bell-test uit met behulp van verstrengeling tussen twee enkele fotonen van verschillende kleur gegenereerd met een solid-state fotonpaarbron. De onderzoekers, Dr. Andreas Lenhard, Alessandro Seri, Dr. Daniel Rieländer, en dr. Margherita Mazzera, onder leiding van ICREA Prof. Hugues de Riedmatten, zou smalbandige fotonparen kunnen genereren in verschillende discrete frequentiemodi. Na het scheiden van de fotonen van het paar, hun verstrengeling werd geanalyseerd met behulp van, in elk van de twee armen, een elektro-optische modulator om de verschillende frequentiemodi te overlappen en een optische holte als spectrale filter. De willekeurige getallen van de Bellsters werden gebruikt om de spanningen te kiezen die zowel de modulatie-amplitude als de fase van de elektro-optische modulatoren aansturen. Het experiment is uitgevoerd in samenwerking met de ICFO-onderzoekers Dr. Osvaldo Jimenez, Dr. Alejandro Mattár en Dr. Daniel Cavalcanti, onder leiding van ICREA Prof. bij ICFO Antonio Acín. Ze ontwikkelden een model om de gegenereerde verstrengelde toestand te beschrijven en de optimale metingen te vinden die het lokale realisme tegenspreken. Uit het experiment dat op 30 november werd uitgevoerd, 2016, lokale realisme theorieën kunnen worden uitgesloten met een significantieniveau van 3 standaarddeviaties, terwijl een sterkere overtreding, van meer dan 8 standaarddeviaties, werd bereikt in de weken na de Big Bell Test-dag door langere metingen uit te voeren met opgeslagen menselijke willekeurige getallen.

Hugues de Riedmatten, ICREA-hoogleraar bij ICFO:"De BBT was een geweldige ervaring. Het was geweldig om te zien dat willekeurige getallen die door Bellsters over de hele wereld zijn gemaakt, in realtime de controle over onze experimenten overnamen, en om zoveel mensen te zien deelnemen aan een kwantumfysica-experiment."

Carlos Abellan, onderzoeker bij ICFO en initiatiefnemer van het project:"De BIG Bell Test was een ongelooflijk uitdagend en ambitieus project. Het klonk onmogelijk moeilijk op dag nul, maar werd werkelijkheid door de inspanningen van tientallen gepassioneerde wetenschappers, wetenschapscommunicatoren, journalisten en media, en vooral de tienduizenden mensen die op 30 november aan het experiment hebben meegewerkt, 2016."

Morgan Mitchel, leider van het BBT-project en ICREA-hoogleraar bij ICFO:"Wat voor mij het meest verbazingwekkend is, is dat de ruzie tussen Einstein en Niels Bohr, na meer dan 90 jaar inspanningen om het rigoureus en experimenteel testbaar te maken, heeft nog steeds een menselijk en filosofisch element. We weten dat het Higgs-deeltje en zwaartekrachtsgolven bestaan ​​dankzij verbazingwekkende machines, fysieke systemen gebouwd om de wetten van de fysica te testen. Maar lokaal realisme is een vraag die we niet volledig kunnen beantwoorden met een machine. Het lijkt erop dat we zelf deel moeten uitmaken van het experiment, om het universum eerlijk te houden."

Het BIG Bell Test-team wil nogmaals de duizenden deelnemers bedanken die zo genereus en enthousiast hebben bijgedragen aan dit initiatief. Zonder deze essentiële bijdrage, het experiment zou nooit mogelijk zijn geweest.