Eine Gruppe von Physikern an der Universität Basel in der Schweiz hat durch Experimente herausgefunden, dass das Einstein-Podolsky-Rosen-Paradoxon auch im größeren Maßstab noch gilt. Paolo Colciaghi, Yifan Li, Philipp Treutlein und Tilman Zibold beschreiben ihr Experiment in Körperliche Untersuchung X.
Im Jahr 1935 veröffentlichten Albert Einstein, Boris Podolsky und Nathan Rosen einen Artikel, in dem sie ein Gedankenexperiment skizzierten, das darauf hinwies, dass die Quantenmechanik keine vollständige Beschreibung der Realität lieferte. Sie argumentierten für die Existenz von „Elementen der Realität“, die nicht Teil der Quantentheorie seien – und gingen dann noch weiter, indem sie spekulierten, dass es möglich sein sollte, eine neue Theorie zu entwickeln, die solche verborgenen Variablen enthalten würde.
Ihr Experiment ist seitdem als EPR-Paradoxon bekannt, weil es Widersprüche aufdeckt, wie zum Beispiel, dass ein Teilchen in einem System durch Verschränkung andere Teilchen beeinflusst, und auch, dass es möglich werden kann, mehr über die Teilchen in einem bestimmten System zu wissen als das Heisenbergsche Unschärfeprinzip zulassen sollte.
Einige Jahre später entwickelte John Bell den sogenannten Bell-Test, um das EPR-Paradoxon zu testen. Bisher wurden dabei kleine verschränkte Systeme mit Photonen- oder Atompaaren verwendet. In diesem neuen Versuch hat das Forschungsteam gezeigt, dass die gleiche Art von Experiment mithilfe von Bose-Einstein-Kondensaten auf ein größeres System übertragen werden kann.
In ihrem Experiment erzeugte die Gruppe zunächst eine Wolke aus Rubidium-87-Atomen. Anschließend erzeugten sie eine Wechselwirkung zwischen den Atomen in der Wolke und zwangen sie dazu, ein verschränktes Bose-Einstein-Kondensat zu bilden. Anschließend gaben sie das Kondensat in zwei separate Wolken ab, in denen die Pseudospins verschränkt waren. Sie kamen zu dem Schluss, dass sie die „Pseudospins“ der beiden Wolken – von denen jede Hunderte von Rubidium-87-Atomen enthielt – unabhängig voneinander maßen. Sie fanden heraus, dass die Eigenschaften der beiden Wolken nicht auf zufällige Weise korreliert werden konnten und dass das EPR-Paradoxon daher auch bei einer Vergrößerung gilt.
Die Forschungsgruppe geht davon aus, dass das Experiment zusätzlich zu ihren Erkenntnissen als Vorlage für die Durchführung anderer Quantenmetrologieanwendungen dienen könnte.
Mehr Informationen:
Paolo Colciaghi et al, Einstein-Podolsky-Rosen-Experiment mit zwei Bose-Einstein-Kondensaten, Körperliche Untersuchung X (2023). DOI: 10.1103/PhysRevX.13.021031
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