Големият адронен колайдер разкри квантовото вплитане на кварки при най-високата досега енергия

Топ кварките и антикварките могат да бъдат свързани, показва проучване на ЦЕРН

Ваня Милева Последна промяна на 20 септември 2024 в 12:00 8749 0

Илюстрация показва две субатомни частици, свързани с ярки линии, на фон, показващ детектор на частици.

Кредит CERN

Двойки върховни кварки и антикварки (на илюстрацията) се получават при сблъсъци на протони в Големия адронен колайдер. Учените са открили доказателства за квантово вплитане между частиците.

Учени от ЦЕРН са измерили странния квантов феномен на вплитане на върховни (топ) кварки, най-тежките познати фундаментални субатомни частици. Това е първото откриване на вплитане между двойки кварки - клас субатомни частици, които изграждат по-големи частици, включително протони и неутрони.

Частиците, които са вплетени, имат свойства, които са свързани или корелирани едно с друго, така че двете частици да се държат като едно цяло, дори когато са разделени на големи разстояния. вплитането обикновено се изследва в сравнително малки лабораторни експерименти, използващи частици светлина или фотони. Новото измерване обаче изисква най-мощния ускорител на частици в света, Големия адронен колайдер в ЦЕРН, близо до Женева. Това е най-високото енергийно откриване на вплитане досега.

Графика на масите на елементарните частици. Вижда се, че върховният кварк има най-голяма маса. Кредит: ipod.org.uk

Използвайки данни от сблъсъци на протони, учените от експеримента ATLAS, детектор на частици в Големия адронен колайдер, изследват сблъсъци, случили се при енергия от 13 тераелектронволта по време на втория цикъл на LHC, между 2015 и 2018 г. По-специално, те търсят двойки, в които двата кварка (върховен кварк и неговия аналог от антиматерия, върховен антикварк) се произвеждат едновременно с нисък импулс на частиците един спрямо друг. При тези условия се очаква спиновете на двата кварка да бъдат силно вплетени. Спинът е квантово свойство, подобно на ротационното движение.  Вплитането на спиновете означава, че спиновете на двете частици са свързани, така че измерването на единия спин веднага се отразява на другия.

За съществуването и степента на вплитане на спиновете може да се заключи от ъгъла между посоките, в които се излъчват електрически заредените продукти на разпадане на двата кварка.

Чрез измерване на тези ъглови разделяния и коригиране за експериментални ефекти, които биха могли да променят измерените стойности, всеки от екипите на ATLAS и CMS наблюдава вплитане на спиновете между върховни кварки със статистическа значимост, по-голяма от пет стандартни отклонения (5 сигма).

Сътрудничеството CMS също търси двойки върховни кварки, в които двата кварка се произвеждат едновременно с висок импулс един спрямо друг. В тази област, за голяма част от двойките върховни кварки, относителните позиции и времената на разпада на кварките се предвиждат да бъдат такива, че класическият обмен на информация от частици, пътуващи със скорост не по-голяма от светлината, е изключена и CMS наблюдава вплитане на спиновете между върховни кварки и в този случай.

Кредит: Instituto de Física Teórica

Що се отнася до кварките, върховните кварки са специални.

Обикновено кварките не обичат да са сами, така че когато се освободят при високоскоростни сблъсъци, двойки кварки и антикварки бързо се материализират, сливайки се заедно в по-големи частици. Този процес, известен като адронизация, отмива всяко вплитане. Но върховните кварки и антикварки се разпадат толкова бързо, че не може да настъпи адронизация, така че частиците, на които се разпадат, могат да носят подписа на тяхното вплитане.

"С измерванията на вплитането на спиновете и други квантови концепции в нова система от частици и в енергиен диапазон отвъд досегашния достъп, можем да тестваме Стандартния модел на физиката на частиците по нови начини и да търсим признаци на нова физика, която може да се намира отвъд него", коментира говорителят на CMS Патриша Макбрайд.

Справка:

The ATLAS Collaboration. Observation of quantum entanglement with top quarks at the ATLAS detectorNature. Published online September 18, 2024. doi: 10.1038/s41586-024-07824-z.

CMS Collaboration. Observation of quantum entanglement in top quark pair production in proton-proton collisions at s√ = 13 TeV. arXiv:2406.03976. Submitted on June 6, 2024.

Източници:

The Large Hadron Collider exposes quarks’ quantum entanglement, Science News

LHC experiments at CERN observe quantum entanglement at the highest energy yet, CERN

Най-важното
Всички новини
За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !