Nobelprisen i fysikk:
– Dette er forskning som viser hvor forunderlig naturen er dypest nede
Vinnerne av årets nobelpris i fysikk er Alain Aspect, John F. Clauser og Anton Zeilinger. De får prisen for forskning på fysiske fenomener som kan brukes i kvantedatamaskiner.
Publisert
– Dette er en svært fortjent pris. Den har vært fortjent i lang, lang tid, sier Bjørn Samset til forskning.no. Han er fysiker og forsker ved Cicero Senter for klimaforskning.
Prisvinnerne Alain Aspect, John Clauser og Anton Zeilinger har gjort eksperimenter som viser at det som kalles kvantesammenfiltring, er et helt reelt fenomen – selv om det høres ulogisk og rart ut.
Fenomenet går ut på at naturens minste byggeklosser – partikler – kan dele og endre egenskaper over uendelige avstander. Hvis en partikkel observeres, kan det endre en annen, sammenfiltret partikkel et helt annet sted.
Da forskning.no tok kontakt med Bjørn Samset dagen før årets prisutdeling, var «sammenfiltring av fotoner» hans første tips til vinner. Og det viste seg å stemme.
Årets prisvinnere har nemlig vært med på å bevise en helt grunnleggende egenskap ved kvantemekanikken.
Kvantesammenfiltring er så lite intuitivt og vanskelig å forstå at selv Albert Einstein ikke godtok at naturen fungerte på denne måten. Han hadde ingen måte å teste teoriene i eksperimenter, men det har blitt bevist igjen og igjen de siste tiårene, blant annet av årets nobelprisvinnere i fysikk.
– Dette er forskning som viser hvor forunderlig naturen er dypest nede, sier Samset til forskning.no.
Så hva er kvantesammenfiltring?
Ting henger sammen – på hver sin side av universet
På naturens minste skalaer virker det som om naturen er bygget opp av partikler, som du kan lese mer om på forskning.no.
Ifølge kvantemekanikken kan altså noen partikler være sammenfiltret. Det betyr at de deler egenskaper på andre måter enn det vi er vant med fra den fysiske verdenen vi kan se.
Egenskapene til disse partiklene kan blø over i hverandre og partiklene må behandles som samme objekt, selv om de er på to helt forskjellige steder i universet.
– Det er snakk om partikkelpar som er sammenfiltret; en kvantemekanisk tilstand hvor de har et nærere forhold til hverandre enn det vi er vant til i klassisk fysikk, forklarer professor Jon Magne Leinaas ved Universitetet i Oslo til forskning.no i denne saken fra 2016.
Einstein kalte det «spooky action at a distance» for å latterliggjøre hele ideen, ifølge Science.
– Når vi kaller partiklene sammenfiltret, så må man se på partiklene som samme objekt. Når du har målt noe på den ene, så bestemmer du noe på den andre, sier Samset til forskning.no.
Det virker nesten som om de er knyttet sammen på et vis, uavhengig av avstand. Bjørn Samset bruker en mynt som et eksempel. Hvis to mynter kunne vært sammenfiltret, hadde de vært knyttet sammen selv om de ble sendt til to ulike sider av universet. Ifølge teorien må de sees på som samme mynt.
Begge myntene kan vise enten mynt eller kron, og dette er usikkert helt til du sjekker en av myntene. Men når du sjekker, viser én kron og den andre viser mynt. Det blir bestemt i det du sjekker, forklarer Samset.
Hvorfor universet fungerer på denne måten er et foreløpig ubesvart spørsmål, men fysikere lurte lenge på om det fantes skjulte egenskaper som styrte hva som egentlig skjedde med partiklene, såkalte skjulte variabler.
Bell og eksperimentene
Årets nobelpris i fysikk går altså til fysikere som har utført eksperimenter som viser at kvantesammenfiltring er et reelt fenomen, helt uten slike skjulte variabler.
Grunnlaget ble lagt av fysikeren John Stewart Bell på 1960-tallet. Han foreslo eksperimenter med fotoner – lyspartikler– som kunne teste prinsippet om kvantesammenfiltring og metoder for å luke vekk mulighetene for skjulte variabler.
Prisvinner og fysiker John Clauser var den første som videreutviklet gjennomførbare eksperimenter ved Colombia-universitetet basert på ideene til Bell, ifølge begrunnelsen til Nobelkomiteen. Han gjorde dette arbeidet i 1969 i forbindelse med doktorgradsarbeidet sitt.
Alain Aspect fulgte opp disse eksperimentene i 1983 ved Paris-Sud-universitetet og luket vekk mulige feilkilder i eksperimentene til Clauser.
Anton Zeilinger ved universitetet i Wien videreutviklet eksperimentene og har testet ut fenomener knyttet til sammenfiltring.
Samset forklarer at Zeilingers arbeid ligger til grunn for mer praktiske måter å bruke sammenfiltring, blant annet i kvantekryptering. Zeilingers arbeid ligger også til grunn for kvanteinformasjonsteori.
Men akkurat hva det er som skjer på naturens minste skalaer, er fortsatt et mysterium og kan være svært vanskelig å forstå. Den amerikanske fysikeren Sean Carroll går så langt som å si at de fleste fysikere ikke forstår hva kvantefysikken egentlig sier, som han beskriver i denne kronikken i New York Times.
