Kurzfassung
Das Hauptziel dieses Experiments ist die Untersuchung der Quantenverschränkung zwischen massiven Teilchen mit dem Potenzial zur Übertragung der Spinpolarisation über nicht-lokale Quanteneffekte. Dieser Ansatz verwendet Elektronenaustauschstreuung mit Spin-1/2-Targets zur Erzeugung von Verschränkung. Durch die Eliminierung photonenvermittelter Wechselwirkungen ermöglicht diese experimentelle Konfiguration die direkte Untersuchung der nicht-lokalen Quantenzustandsübertragung zwischen massereichen Teilchen, sei es zeitlich unmittelbar oder subluminal, während sie fundamentale Einblicke in verschränkte Quantensysteme aus zwei massereichen Teilchen liefert.
Das Experiment besteht aus zwei Hauptphasen. Zunächst wird die elastische Elektronenaustauschstreuung zwischen freien, unpolarisierten Elektronen und unpolarisierten fermionischen Atomen (Natrium) experimentell durchgeführt, um eine abstimmbare Verschränkungsressource zu erzeugen. Während der Kollision werden die Elektronen gestreut und Berechnungen zeigen, dass der maximale Grad der Verschränkung zwischen Natriumatomen und Elektronen auftritt, wenn die Energie der einlaufenden Elektronen 10 eV beträgt und sie unter einem Winkel von 60 Grad gestreut werden.
Anschließend wird nach einer genau definierten Verzögerungszeit, die es den Elektronen ermöglicht, sich vom Kollisionszentrum zu entfernen, ein Nanosekundenpulslaser mit zirkular polarisiertem Licht (σ+) verwendet, um die Natriumatome anzuregen. Dies überträgt teilweise die Polarisation des Lichts auf die verschränkten Atome. Aufgrund der Quantenverschränkung wird vorhergesagt, dass diese verschränkten Atome ihre Polarisation (oder einen Teil davon) auf das zuvor unpolarisierte, jedoch verschränkte Elektronenensemble übertragen. Das Schlüsselelement hierbei ist die Übertragung der Polarisation von den Natriumatomen auf die verschränkten freien Elektronen, selbst wenn sie durch Meter voneinander getrennt sind. Schließlich wird die Spinpolarisation des Elektronenensembles mit einem Mott-Polarimeter erfasst, wobei eine von Null verschiedene Messung auf nicht-lokale quantenmechanische Effekte hinweisen würde.
Vorläufige experimentelle Ergebnisse stimmen teilweise mit den theoretischen Vorhersagen überein, was auf die potenzielle Gültigkeit des vorgeschlagenen Ansatzes hindeutet. Allerdings sind weitere Untersuchungen und Verfeinerungen erforderlich, um diese Erkenntnisse vollständig zu bestätigen und schlüssige Beweise für die beobachteten quantenmechanischen Effekte zu erbringen.
The main goal of this experiment is to investigate quantum entanglement between massive particles with the potential for transferring spin polarization via non-local quantum effects. This approach employs electron-exchange scattering with spin-1/2 targets to generate entanglement. By eliminating photon-mediated interactions, this experimental configuration enables direct examination of non-local quantum state transfer between massive particles, whether temporally immediate or subluminal, while providing fundamental insights into entangled quantum systems comprising two massive particles. The experiment consists of two primary phases. Initially, elastic electron-exchange scattering between free, unpolarized electrons and unpolarized fermionic atoms (sodium) is experimentally achieved to create a tunable entanglement resource. After the collision, the electrons will scatter and calculations show that the maximum degree of entanglement between sodium atoms and electrons occurs when the energy of incoming electrons is 10 eV and they are scattered at 60 degrees angle. Subsequently, after a well-defined delay period that allows electrons to travel away from the collision center, a nanosecond-pulse laser with circularly polarized light (σ+) is used to excite the sodium atoms. This, in part, transfers the light’s polarization to the entangled atoms. Due to quantum entanglement, these entangled atoms are then predicted to transmit their polarization (or a part of it) to the previously unpolarized, though entangled, electronic ensemble. The key element here is the transfer of polarization from the sodium atoms to the entangled free electrons, even when they are separated by meters. Finally, the spin polarization of the electron ensemble is detected using a Mott polarimeter, where a non-zero measurement would indicate non-local quantum mechanical effects. Preliminary experimental results align partially with theoretical predictions, suggesting the potential validity of the proposed approach. However, further investigations are needed to fully confirm these findings and establish conclusive evidence of the observed quantum mechanical effects.