L’intrication quantique est un processus physique par lequel des paires de particules se connectent et le restent même lorsqu’elles sont séparées par de grandes distances. Ce phénomène fascinant a fait l’objet de nombreuses études en raison de sa nature mystérieuse et de ses applications prometteuses dans le monde réel.
Ben Kain, chercheur au Collège de Sainte-Croix, a récemment présenté un modèle basé sur la simulation qui décrit le lien possible entre les particules intriquées et les trous de ver, des liens hypothétiques entre des régions distantes de l’espace-temps. Son modèle, présenté dans Lettres d’examen physiqueest un cadre concret qui pourrait être utilisé pour tester et étudier les théories récentes introduites par les physiciens Juan Maldacena et Leonard Susskind.
« En 2019, j’ai étudié ce qu’on appelle les étoiles de Dirac », a déclaré Kain à Phys.org. « Les fermions, qui sont décrits par l’équation de Dirac, lorsqu’ils sont couplés à la relativité générale, ont des solutions semblables à des étoiles dans lesquelles les fermions peuvent conserver leur configuration grâce à leur interaction gravitationnelle. En remarque, les descriptions traditionnelles des étoiles, qui sont bien sûr remplies de les fermions, ne rendent pas pleinement compte de la relativité générale.
Avec l’aide de deux étudiants de premier cycle du Collège de la Sainte Croix, Kain a précédemment écrit un code qui lui permettrait de simuler les étoiles de Dirac. Il y a quelques années, d’autres chercheurs ont découvert que lorsque ces systèmes Dirac incluent une charge électrique, ils pouvaient contenir des trous de ver.
Les trous de ver sont des solutions aux équations de champ de gravité d’Einstein, qui peuvent être visualisées comme des tunnels avec deux extrémités situées dans des endroits éloignés et/ou à différents moments dans le temps. Des articles récents suggérant que les étoiles Dirac chargées électriques possèdent des solutions de trous de ver supposaient que les trous de ver étaient traversables, ce qui signifie que les particules pouvaient voyager d’un côté à l’autre.
« J’ai pensé que ce serait très intéressant si je pouvais simuler ce trou de ver et confirmer si le trou de ver était traversable », a déclaré Kain. « Le système de Dirac sur lequel je me suis concentré utilise deux fermions (c’est-à-dire deux particules qui obéissent au principe d’exclusion de Pauli). Mes simulations nécessitent que le système soit à symétrie sphérique, car cela facilite sa résolution. Pour être à symétrie sphérique, le système total Le moment cinétique du système doit être nul. Cela finit par nécessiter que les deux fermions soient dans un état appelé « état singulet », qui enchevêtre les particules. »
Il y a une dizaine d’années, les physiciens Maldacena et Susskind ont introduit l’idée selon laquelle les particules intriquées sont reliées par des trous de ver. Il s’agit d’une conjecture audacieuse et radicale, car elle offre une explication liée à la gravité (c’est-à-dire les trous de ver) d’un phénomène de mécanique quantique (c’est-à-dire l’intrication).
« L’intrication nécessite une communication plus rapide que la lumière, bien que cette communication plus rapide que la lumière ne puisse pas être exploitée par les humains pour s’envoyer des messages plus rapidement que la lumière », a expliqué Kain. « Maldacena et Susskind ont suggéré que cette communication plus rapide que la lumière pourrait se produire à travers un trou de ver. Ils ont en outre suggéré que le trou de ver doit être non traversable (c’est-à-dire que les humains ne peuvent pas le traverser) pour être cohérent avec le fait que les humains ne peuvent pas exploiter le trou de ver. système pour envoyer des messages plus vite que la lumière.
Dans son récent article, Kain a présenté un nouveau modèle qui pourrait aider à explorer l’hypothèse de Maldacena et Susskind. Ce modèle est basé sur la simulation de deux fermions intriqués reliés par un trou de ver.
Lors de l’exécution de cette simulation, Kain a constaté que dans ce scénario, des trous noirs se forment rapidement, recouvrant les deux extrémités du trou de ver. Ces trous noirs rendent finalement le trou de ver non traversable, ce qui signifie que rien ne peut le traverser et atteindre l’autre extrémité.
« Puisque le modèle décrit deux fermions intriqués reliés par un trou de ver non traversable, il s’agit d’un modèle concret pour étudier la conjecture de Maldacena et Susskind », a déclaré Kain. « Ils ont nommé leur conjecture ER = EPR. ER signifie pont d’Einstein-Rosen, qui était le premier nom d’un trou de ver. EPR signifie Einstein-Podolsky-Rosen, qui furent les premiers à étudier les particules intriquées. Le modèle que j’ai étudié est donc un exemple concret de ER = EPR. »
Cet article récent présente un nouveau modèle pour explorer le lien possible entre l’intrication quantique et les trous de ver. Kain espère qu’en examinant son modèle plus en profondeur, les chercheurs seront en mesure de déterminer si l’hypothèse de Maldacena et Susskind est correcte, tout en déterminant comment un trou de ver pourrait faciliter une communication plus rapide que la lumière, ce qui est une exigence clé de l’intrication.
« Une idée que j’ai pour les travaux futurs est d’étendre les simulations pour permettre à la matière de se déplacer d’un côté du trou de ver, et donc d’un trou noir, et de traverser le trou de ver », a ajouté Kain. « Je m’intéresse à la façon dont cela pourrait affecter le système. »
Plus d’information:
Ben Kain, Sonder le lien entre les particules intriquées et les trous de ver dans la relativité générale, Lettres d’examen physique (2023). DOI : 10.1103/PhysRevLett.131.101001
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