Sciencemag.cz
Doporučujeme
Entanglement je fascinujícím rysem kvantové fyziky. V roce 2022 byla udělena Nobelova cena za fyziku Alainu Aspectovi, Johnu F. Clauserovi a Antonu Zeilingerovi za experimenty se zapletenými (provázanými) fotony. Tyto výsledky potvrdily předpovědi, které učinil zesnulý teoretik CERNu John Bell (Bellovy nerovnosti).
Entanglement zůstává nicméně z velké části neprozkoumán při vysokých energiích, které jsou dostupné na urychlovačích částic včetně LHC v CERNu. Vědci z projektu ATLAS nyní oznámili, že se jim poprvé podařilo pozorovat kvantové provázání na LHC mezi elementárními částicemi (kvarky top, svrchní), a to při dosud nejvyšších energiích. Týmy ATLAS a CMS sledovaly konkrétně kvantové provázání mezi kvarkem top a jeho protějškem z antihmoty.
„I když je částicová fyzika hluboce zakořeněna v kvantové mechanice, pozorování kvantového provázání v novém systému částic a při mnohem vyšší energii, než bylo dosud možné, je pozoruhodné,“ říká mluvčí ATLAS Andreas Hoecker.
Kvark top je nejtěžší známou fundamentální částicí. Obvykle se rozpadá na jiné částice dříve, než se stihne spojit s jinými kvarky, čímž dále přenáší svůj spin a další kvantové vlastnosti na další částice. Fyzikové pozorují tyto produkty rozpadu a dokážou z nich odvozovat orientace spinu původního kvarku top.
Pro pozorování provázanosti mezi kvarky top vybrali vědci z kolaborací ATLAS a CMS data z proton-protonových srážek, které se uskutečnily při energii 13 teraelektronvoltů během druhého běhu LHC v letech 2015 až 2018. Hledaly se zejména události, v nichž oba kvarky vznikají současně s nízkou hybností částic vůči sobě navzájem. V takovém případě se očekává, že spiny obou kvarků jsou silně provázané.
Existenci a stupeň spinového provázání lze odvodit z úhlu mezi směry, v nichž se emitují elektricky nabité produkty rozpadu obou kvarků. Měřením těchto úhlových vzdáleností a korekcí na experimentální efekty, které by mohly měnit naměřené hodnoty, týmy ATLAS a CMS pozorovaly provázanost spinů mezi kvarky top se statistickou významností větší než pět standardních odchylek.
Ve druhé studii hledala kolaborace CMS také páry kvarků top, v nichž jsou oba kvarky současně produkovány s vysokou hybností vůči sobě navzájem. V této oblasti se pro velkou část párů top kvarků předpovídá, že relativní pozice a časy rozpadů obou kvarků top jsou takové, že je vyloučena klasická výměna informací mezi částicemi. I v tomto případě se podařilo pozorovat pozoroval provázání spinů mezi kvarky top.
The ATLAS Collaboration, Observation of quantum entanglement with top quarks at the ATLAS detector, Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07824-z
Measurements of polarization and spin correlation and observation of entanglement in top quark pairs using lepton+jets events from proton-proton collisions at √s = 13 TeV, arXiv (2024). DOI: 10.48550/arxiv.2409.11067
Zdroj: CERN / Phys.org, přeloženo / zkráceno
