Idén med ”Teorin om allt” är lockande - att vi på något sätt skulle kunna förklara allt det som är. Men nu upptäckte ett forskargrupp under ledning av forskare från Imperial College London oväntat att den strängteorin också verkar förutsäga beteendet hos intrasslade kvantpartiklar. Eftersom denna förutsägelse kan testas i laboratoriet, säger forskarna att de nu kan testa strängteori.
"Om experiment bevisar att våra förutsägelser om kvantförvirring är korrekta, kommer detta att visa att strängteori" fungerar "för att förutsäga beteendet hos intrasslade kvantsystem," säger professor Mike Duff, huvudförfattare till studien.
Stringteori utvecklades ursprungligen för att beskriva de grundläggande partiklarna och krafterna som utgör vårt universum, och har varit en favorit utmanare bland fysiker för att låta oss förena det vi vet om det otroligt litet från partikelfysik med vår förståelse av det mycket stora från våra studier av kosmologi. Att använda teorin för att förutsäga hur intrasslade kvantpartiklar uppför sig ger den första möjligheten att testa strängteori genom experiment.
Men - åtminstone för närvarande - vetenskapsmännen kommer inte att kunna bekräfta att String Theory faktiskt är sättet att förklara allt detta, bara om det faktiskt fungerar.
"Detta kommer inte att vara ett bevis på att strängteori är den rätta" teorin om allt "som söks av kosmologer och partikelfysiker," sa Duff. "Det kommer emellertid att vara mycket viktigt för teoretikerna eftersom det kommer att visa om strängteori fungerar eller inte, även om dess tillämpning befinner sig i ett oväntat och oberoende fysikområde."
Stringteori är en teori om tyngdkraft, en förlängning av General Relativity, och den klassiska tolkningen av strängar och klingar är att de är kvantmekanisk vibrerande, utsträckta laddade svarta hål. Teorin antar att elektronerna och kvarkarna i en atom inte är 0- dimensionella objekt, men 1-dimensionella strängar. Dessa strängar kan röra sig och vibrera, vilket ger de observerade partiklarna deras smak, laddning, massa och snurr. Strängarna skapar stängda öglor om de inte stöter på ytor, kallade D-branes, där de kan öppnas upp i 1-dimensionella linjer. Strängens ändpunkter kan inte bryta av D-branen, men de kan glida runt på den.
Duff sa att han satt på en konferens i Tasmanien där en kollega presenterade de matematiska formlerna som beskriver kvantförvirring när han insåg något. ”Jag kände plötsligt hans formler som liknande de som jag hade utvecklat några år tidigare medan jag använde strängteori för att beskriva svarta hål. När jag återvände till Storbritannien kontrollerade jag mina anteckningsböcker och bekräftade att matematiken från dessa mycket olika områden verkligen var identiska. ”
Duff och hans kollegor insåg att den matematiska beskrivningen av mönstret för intrassling mellan tre bitar liknar den matematiska beskrivningen, i strängteori, för en viss klass av svarta hål. Genom att kombinera deras kunskap om två av de konstigaste fenomenen i universum, svarta hål och kvantförvirring insåg de att de kunde använda strängteori för att producera en förutsägelse som kunde testas. Med hjälp av strängteorimatematiken som beskriver svarta hål, förutspådde de mönstret av förvirring som kommer att uppstå när fyra qubits är förvirrad med varandra. (Svaret på det här problemet har inte beräknats tidigare.) Även om det är tekniskt svårt att göra, kunde mönstret för förvirring mellan fyra intrasslade qubits mätas i laboratoriet och noggrannheten i denna förutsägelse testas.
Upptäckten att strängteori verkar göra förutsägelser om kvantförvirring är helt oväntat, men eftersom kvantförvirring kan mätas i labbet, betyder det att det finns sätt - äntligen - att forskare kan testa förutsägelser baserade på strängteori.
Men, säger Duff, det finns ingen uppenbar koppling för att förklara varför en teori som håller på att utvecklas för att beskriva de grundläggande funktionerna i vårt universum är användbar för att förutsäga beteendet hos intrasslade kvantsystem. "Det här kan berätta för oss något väldigt djupt om världen vi lever i, eller det kan vara mer än en knäppa tillfällighet", sa Duff. "Hur som helst, det är användbart."
Källa: Imperial College London
