El entrelazamiento cuántico es un proceso físico mediante el cual pares de partículas se unen y permanecen así incluso cuando están separadas por grandes distancias. Este fascinante fenómeno ha sido el foco de muchos estudios de investigación, debido a su naturaleza misteriosa y sus prometedoras aplicaciones en el mundo real.
Ben Kane, investigador del College of the Holy Cross, presentó recientemente un modelo basado en simulación que identifica la posible relación entre partículas entrelazadas y agujeros de gusano, conexiones hipotéticas entre regiones distantes del espacio-tiempo. Su modelo se presenta en Cartas de revisión físicaes un marco concreto que puede utilizarse para probar y estudiar teorías recientes presentadas por los físicos Juan Maldacena y Leonard Susskind.
«En 2019, estudié algo llamado estrellas de Dirac», dijo Kane a Phys.org. «Los fermiones, descritos por la ecuación de Dirac, cuando se combinan con la relatividad general tienen soluciones similares a estrellas donde los fermiones pueden conservar su configuración a través de su interacción gravitacional. Como nota al margen, las descripciones tradicionales de estrellas, que por supuesto están llenas de objetos fermión, No explican completamente la relatividad general.»
Con la ayuda de dos estudiantes universitarios del College of the Holy Cross, Ken había escrito previamente un código que le permitía simular estrellas de Dirac. Hace unos años, otros investigadores descubrieron que cuando estos sistemas de Dirac implican una carga eléctrica, pueden contener agujeros de gusano.
Los agujeros de gusano son soluciones de las ecuaciones de Einstein en el campo gravitacional, que pueden visualizarse como túneles de dos extremos ubicados en lugares distantes y/o en diferentes momentos en el tiempo. Investigaciones recientes sugieren que las estrellas de Dirac cargadas eléctricamente contienen soluciones de agujeros de gusano y suponen que los agujeros de gusano son atravesables, lo que significa que las partículas pueden moverse de un lado a otro.
«Pensé que sería muy interesante poder simular este agujero de gusano y asegurarme de que se pueda atravesar», dijo Kane. «El sistema de Dirac en el que me centré utiliza dos fermiones (es decir, dos partículas que obedecen el principio de exclusión de Pauli). Mis simulaciones requieren que el sistema sea esféricamente simétrico, porque esto hace que sea más fácil de resolver. Para que sea esféricamente simétrico, el momento total debe ser La angularidad del sistema es cero. En última instancia, esto lleva a que se requiera que los fermiones estén en un estado llamado «estado único», en el que las partículas están entrelazadas. »
Hace aproximadamente una década, los físicos Maldacena y Susskind introdujeron la idea de que las partículas entrelazadas están unidas entre sí por agujeros de gusano. Esta es una conjetura audaz y radical, porque ofrece una explicación gravitacional (es decir, de agujero de gusano) para los fenómenos de la mecánica cuántica (es decir, el entrelazamiento).
«El entrelazamiento requiere una comunicación más rápida que la luz, aunque los humanos no pueden aprovechar esta comunicación más rápida que la luz para enviarse mensajes entre sí más rápido que la luz», explicó Kane. «Maldacena y Susskind sugirieron que esta comunicación más rápida que la luz podría ocurrir a través de un agujero de gusano. También sugirieron que el agujero de gusano tendría que ser intransitable (es decir, los humanos no pueden viajar a través de él) para ser consistente con que los humanos no puedan explotar el agujero de gusano. .» Un sistema para enviar mensajes Más rápido que la luz.»
En su último artículo, Kane presenta un nuevo modelo que puede ayudar a explorar la hipótesis de Maldacena-Susskind. Este modelo se basa en la simulación de dos fermiones entrelazados conectados por un agujero de gusano.
Al ejecutar esta simulación, Kane descubrió que en este escenario, los agujeros negros se forman rápidamente, cubriendo ambos extremos del agujero de gusano. Estos agujeros negros finalmente hacen que el agujero de gusano sea intransitable, lo que significa que nada puede atravesarlo y llegar al otro extremo.
«Dado que el modelo describe dos fermiones entrelazados asociados con un agujero de gusano intransitable, es un modelo concreto para estudiar la conjetura de Maldacena y Susskind», dijo Kane. «Llamaron a su conjetura ER = EPR. ER significa puente de Einstein-Rosen, que es el primer nombre de un agujero de gusano. EPR significa Einstein-Podolsky-Rosen, quienes fueron los primeros en estudiar partículas entrelazadas. Por lo tanto, el modelo que estudié es un ejemplo concreto de ER = EPR.»
Este artículo reciente presenta un nuevo modelo para explorar la posible relación entre el entrelazamiento cuántico y los agujeros de gusano. Kane espera que al examinar más a fondo su modelo, los investigadores puedan determinar si la hipótesis de Maldacena y Susskind es correcta, y al mismo tiempo determinar cómo un agujero de gusano podría facilitar la comunicación más rápida que la luz, un requisito básico para el entrelazamiento.
«Una de mis ideas para el trabajo futuro es ampliar las simulaciones para permitir que la materia se mueva a un lado del agujero de gusano, y luego a un agujero negro, y viaje a través del agujero de gusano», añadió Ken. «Me interesa cómo afecta esto al sistema».
más información:
Ben Kane, Explorando la relación entre partículas entrelazadas y agujeros de gusano en la relatividad general, Cartas de revisión física (2023). doi: 10.1103/PhysRevLett.131.101001
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La frase: Un modelo que investiga la relación entre partículas entrelazadas y agujeros de gusano en la relatividad general (21 de septiembre de 2023) Obtenido el 21 de septiembre de 2023 de https://phys.org/news/2023-09-probing-entangled-particles-wormholes-general. HTML
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