Tarkkojen simulaatioiden avulla Wienin ja Kiinan yliopistojen tutkijat ovat onnistuneet havainnoimaan yksityiskohtaisesti, kuinka kaksi elektronia sitoutuu kvanttimekaanisesti vain muutamassa attosekunnissa, mikä on äärimmäisen lyhyt aikaskaala, jossa hiukkasten välinen lomittuminen ilmenee.
Tämä kvanttivomittuminen luo niin intiimin yhteyden kahden hiukkasen välille, että niitä ei voida enää kuvata erikseen. Tämä ilmiö on olennaista teknologioille, kuten kvanttitietokoneille ja kvanttikryptografialle. Tässä tutkimuksessa tutkijoiden tavoitteena oli ymmärtää, kuinka tämä lomittuminen syntyy ensimmäisten sekunnin murto-osien aikana tarkkailemalla vuorovaikutuksia laserin ja atomien välillä.
Tutkimuksen toteuttamiseksi tiedemiehet käyttivät erittäin korkeataajuista laseria repiäkseen elektronin heliumatomista, prosessi, joka voi virittää toisen elektronin. Tämä elektronin jää kiinni ytimeen, mutta eri energiatilassa. Tämä ilmiö luo yhteyden kahden elektronin välille: ne ovat nyt lomittuneet, mikä tarkoittaa, että toista tutkiessa voidaan päätellä tietoja toisesta.
Tutkijat pystyivät osoittamaan, että "syntymähetki" elektronille, joka on poistettu atomista, eli hetki, jolloin se poistuu atomista laserin vaikutuksesta, on tiiviisti sidoksissa atomissa jääneen elektronin tilaan. Kvanttimekaniikan termein tämä hetki ei ole olemassa: se on useiden mahdollisten hetkien superpositio.
Tämä superpositio osoittaa, että hetki, jolloin elektroni poistuu atomista, riippuu atomissa jääneen elektronin energiasta. Jos tämä on korkeammassa energiatilassa, on todennäköistä, että elektroni on poistunut aikaisemmin. Toisaalta matalampi energia viittaa myöhäisempään poistumiseen, keskimäärin noin 232 attosekuntia, mikä on miljardin miljardin osa sekunnista.
Tämä viive on uskomattoman lyhyt, mutta se mahdollistaa tutkijoiden tarkkojen mittausten tekemisen kahden elektronin välisestä yhteydestä niiden eristyessä. Tämä aikadynamiikka on keskeinen: elektronin poistuminen tapahtuu vähitellen, muodostaen aallon, joka "virtaa" atomista ulos, ja juuri tässä vaiheessa elektronien välinen lomittuminen tapahtuu.
Tutkijat toivovat nyt toistavansa nämä havainnot laboratoriossa muiden tiimien kanssa vahvistaakseen tätä mallia. Nämä tutkimukset mahdollistavat uusien kvanttifysiikan rajojen tutkimisen, missä ilmiöt, joita on pidetty välittöminä, paljastuvat todellisuudessa paljon monimutkaisemmiksi ja rakenteellisemmiksi.