Vodík odhaluje tajemství kvantových červích děr: Přesné měření omezuje kontroverzní teorii

Nová studie publikovaná v časopise Physical Review Letters přináší významná omezení pro kontroverzní hypotézu ER = EPR, která se snaží propojit kvantové provázání částic s existencí červích děr.

Nová studie publikovaná v časopise Physical Review Letters přináší významná omezení pro kontroverzní hypotézu ER = EPR, která se snaží propojit kvantové provázání částic s existencí červích děr. Vědci z University of New Brunswick v Kanadě, Irfan Javed a profesor Edward Wilson-Ewing, použili k testování této hypotézy nejpřesněji prozkoumaný systém ve fyzice – atom vodíku.

Hypotéza ER = EPR, navržená v roce 2013 fyziky Juanem Maldacenou a Leonardem Susskindem, se snaží propojit dva klíčové koncepty Einsteinovy práce z roku 1935: kvantové provázání (paradox EPR) a Einstein-Rosenovy mosty, dnes známé jako červí díry. Pokud by tato hypotéza platila, znamenalo by to, že provázané částice jsou propojeny kvantovou červí dírou, což by mohlo nabídnout vodítka k dlouho hledané teorii kvantové gravitace. Atom vodíku, složený z protonu a elektronu, je ideální pro takový test, protože jeho energetické hladiny a hyperjemná struktura jsou známy s mimořádnou přesností (až na 15, respektive 12 platných číslic). Proton a elektron ve vodíku jsou navíc přirozeně provázané.

Vědci předpokládali, že pokud by kvantová červí díra existovala, část elektrického pole elektronu by do ní unikla, což by oslabilo jeho efektivní náboj. Proton, který je mnohem větší, by tímto jevem ovlivněn nebyl. Tento únik by se projevil jako měřitelná změna v hyperjemné struktuře atomu vodíku, konkrétně v rozdílu energie mezi provázanými (singletovými) a neprovázanými (tripletovými) stavy. Dalším předpokládaným důsledkem by bylo, že atom vodíku by měl malý, ale nenulový čistý náboj, ačkoli je známo, že je elektricky neutrální s přesností na 20 desetinných míst.

Experimenty však ani jeden z těchto efektů nepozorovaly. To klade velmi silná omezení na sílu jakéhokoli potenciálního efektu ER = EPR. Pokud takový efekt vůbec existuje, musel by být nejméně milionkrát menší, než naznačovaly přirozené odhady z hyperjemné struktury, a dokonce miliardkrát menší na základě měření neutrality atomu. Současné omezení je spíše teoretické, jelikož hypotéza ER = EPR zatím není formulována dostatečně přesně, aby předpověděla konkrétní sílu efektu. Studie otevírá cestu k dalšímu výzkumu, například s těžšími atomy, jako je cesium, rubidium a draslík, jejichž spektra jsou známa s podobnou přesností a které se snáze experimentálně zachycují. Potvrzení hypotézy ER = EPR by představovalo zásadní krok vpřed pro fyziku, neboť by poskytlo pozorovací důkazy o kvantově-gravitačním jevu, který spojuje kvantovou teorii s geometrií časoprostoru.