Существует ли квантовая свобода воли? БАК исследует квантовую реальность в новом эксперименте

Большой адронный коллайдер, знаменитый открытием бозона Хиггса, вновь в центре внимания. Но на этот раз речь идет не о поиске новых частиц, а о… самой сути реальности. Звучит интригующе, не правда ли? Группа физиков во главе с Аланом Барром, вдохновленная, как ни странно, периодом самоизоляции, задалась вопросом: а не упускает ли БАК, этот титан современной науки, нечто фундаментальное?

Идея, зародившаяся во время вынужденного затворничества, оказалась прорывной. Вместо привычного поиска «кирпичиков» мироздания, ученые решили использовать коллайдер как инструмент для исследования одного из самых загадочных явлений квантового мира — запутанности.

Что за зверь такой — эта ваша запутанность?

Представьте себе две монетки, которые всегда выпадают одинаково — либо оба орла, либо обе решки. Даже если их разнести на разные концы Вселенной. Невероятно? Вот и Эйнштейн считал это «жутким действием на расстоянии», полагая, что за этим кроется некая пока не разгаданная физика.

Квантовая запутанность — это примерно то же самое, но с квантовыми частицами. Если две частицы «запутаны», то измерение состояния одной мгновенно определяет состояние другой, независимо от расстояния между ними. Этот феномен, предсказанный Эрвином Шредингером и ставший «визитной карточкой» квантовой механики, долгое время оставался лишь теоретической концепцией, подтвержденной в лабораторных условиях.

БАК выходит на новый уровень

И вот тут-то и вступает в игру БАК. Ученые смогли наблюдать запутанность между парами топ-кварков — самых тяжелых из известных фундаментальных частиц — при энергиях, в триллион раз превышающих те, что использовались в классических экспериментах по проверке неравенств Белла (тех самых, которые доказывают реальность запутанности).

Почему это так важно? Потому что БАК — это не стерильная лаборатория. Это настоящий «адронный котел», где частицы сталкиваются на скоростях, близких к скорости света. И если запутанность сохраняется в таких экстремальных условиях, это многое говорит о ее фундаментальности.

«Мы словно заглянули в совершенно иной мир, — объясняет Алан Барр. — Природа может преподнести нам сюрпризы».

Действительно, результаты, полученные на детекторе ATLAS, оказались несколько неожиданными. Степень запутанности топ-кварков оказалась выше, чем предсказывает Стандартная модель — теоретическая основа современной физики элементарных частиц. Это может указывать на существование неизвестных пока частиц или взаимодействий.

Запутанность, пространство и… свобода воли?

Но эксперименты на БАК — это не только проверка Стандартной модели. Это еще и возможность по-новому взглянуть на саму природу пространства и времени. Влатко Ведрал из Оксфордского университета предполагает, что на сверхмалых расстояниях, исследуемых на коллайдере, понятие «локальности» (то есть, привычной нам пространственной разделенности) может терять смысл. Возможно, «жуткое действие на расстоянии» — это не исключение, а правило, и само пространство возникает как следствие квантовой запутанности.

Более того, высокие энергии на БАК открывают доступ к миру «виртуальных» частиц — мимолетных флуктуаций, возникающих в результате преобразования энергии пучка. Эти «не совсем реальные» частицы могут играть ключевую роль в таких загадочных явлениях, как излучение черных дыр и темная энергия.

И, наконец, самое, пожалуй, интригующее. Эксперименты на БАК поднимают вопросы, выходящие за рамки чистой физики. В классических тестах Белла выбор ориентации детектора осуществляется экспериментатором (или генератором случайных чисел). Но на коллайдере измерение состояния частицы происходит спонтанно, при ее распаде. Никакого человеческого вмешательства!

Это ставит под вопрос само понятие «измерения» в квантовой механике. Если частица сама «выбирает», как ей распадаться, не является ли это проявлением некой квантовой «свободы воли»? И какое отношение это имеет к пресловутой «проблеме измерения» — вечному камню преткновения в интерпретации квантовой теории?

Что дальше?

Пока рано говорить о каких-то однозначных выводах. Эксперименты на БАК — это лишь начало пути. «Я не утверждаю, что у меня есть ответы на все вопросы, — признается Барр. — Но, независимо от результатов, это заставляет нас о многом задуматься».

Одно можно сказать наверняка: Большой адронный коллайдер в очередной раз доказал, что он способен не только открывать новые частицы, но и ставить перед нами фундаментальные вопросы о природе реальности. И, возможно, ответы на эти вопросы окажутся еще более удивительными, чем мы можем себе представить. Кто знает, может быть, именно БАК поможет нам понять, что скрывается за завесой квантовой механики — еще более странная и захватывающая реальность.