درهم تنیدگی کوانتومی مشاهده شده در کوارک های برتر - دنیای فیزیک

فیزیکدانانی که روی آزمایش ATLAS در سرن کار می کنند، برای اولین بار درهم تنیدگی بین جفت کوارک های برتر را مشاهده کردند. این یافته نشان می‌دهد که درهم تنیدگی می‌تواند در انرژی‌های بیش از ۱۲ مرتبه بزرگ‌تر از آنچه برای آزمایش‌های درهم‌تنیدگی آزمایشگاهی معمول است رخ دهد. آنها همچنین نشان می دهند که از امکانات ذرات فیزیک مانند برخورد دهنده بزرگ هادرون (LHC) سرن می توان برای مطالعه مکانیک کوانتومی و اطلاعات کوانتومی استفاده کرد.

درهم تنیدگی یکی از عجیب ترین ویژگی های مکانیک کوانتومی است. این عمل که توسط آلبرت انیشتین "عمل شبح وار در فاصله" نامگذاری شده است، یک ارتباط نامرئی بین دو جسمی ایجاد می کند که حالت کوانتومی مشترکی دارند، به طوری که اندازه گیری وضعیت یک جسم - برای مثال چرخش یک ذره - بلافاصله حالتی از دیگری، بدون توجه به فاصله بین آنها. بسیاری از اجسام از جمله فوتون ها، اتم ها و مولکول ها و همچنین اجسام بزرگتر مانند الماس های ماکروسکوپی در هم پیچیده شده اند.

با این حال، اندازه گیری درهم تنیدگی بین یکی دیگر از بلوک های سازنده طبیعت - کوارک ها - مبهم باقی مانده است. این به این دلیل است که نه کوارک های بالا و پایین که پروتون ها و نوترون ها را می سازند (و بنابراین بیشتر مواد اطراف ما را تشکیل می دهند)، و نه عموزاده های سنگین تر مانند کوارک بالایی که فقط در برخوردهای پرانرژی در شتاب دهنده های ذرات ایجاد می شوند، هرگز نمی توانند ایجاد شوند. به صورت ذرات آزاد مشاهده می شود.

چیزای سنگین

با وجود این مشکلات، کوارک بالایی از برخی جهات کاندیدای ایده آل برای اندازه گیری درهم تنیدگی است. اسپین آن ½ است و سنگین ترین ذره بنیادی شناخته شده است، با جرمی حدود 184 برابر پروتون. این جرم عظیم آن را بسیار ناپایدار می کند و در حدود 10 فروپاشی می کند^-25 ثانیه اگرچه بسیار مهم است که اسپین آن به محصولات فروپاشی آن، از جمله لپتون‌ها مانند الکترون‌ها و نوترینوها منتقل می‌شود. این حفظ اسپین به این دلیل اتفاق می‌افتد که سایر فرآیندهای محدودکننده، مانند همبستگی اسپین یا تشکیل هادرون‌ها (حالت‌های محدود کوارک‌ها، مانند پروتون‌ها یا نوترون‌ها) از کوارک‌ها و گلوئون‌ها، چندین مرتبه طول می‌کشد. در نتیجه، اسپین کوارک بالایی را می توان با اندازه گیری اسپین محصولات فروپاشی آن استنباط کرد.

فیزیکدانان ATLAS جفت‌های کوارک بالا/ضد بالا را مطالعه کردند که وقتی پروتون‌ها به سرعت‌های نسبیتی در داخل حلقه LHC شتاب می‌گیرند و به یکدیگر می‌کوبند، تشکیل می‌شوند. چیزی که این آزمایش را از آزمایش‌های قبلی کوارک‌های برتر متمایز می‌کند این است که تیم بر روی جفت‌هایی در آستانه تولیدشان تمرکز کردند - نقطه‌ای که در آن انرژی برای تولید جفت‌های کوارک بالا کافی است. در این مرحله، انتظار می‌رود که کوارک‌های بالایی حداکثر در هم تنیده شوند. سپس درجه درهم تنیدگی را می توان از جدایی زاویه ای بین لپتون های باردار که در برخورد تشکیل می شوند استنتاج کرد.

کیفیت بالا

پس از به دست آوردن داده‌های مربوط به برخورد در 13 TeV بین سال‌های 2015 و 2018، تیم جداسازی‌های زاویه‌ای ثبت‌شده در آستانه تولید را با اندازه‌گیری‌های مشابه در زمانی که انتظار درهم‌تنیدگی وجود نداشت، مقایسه کردند. این تیم را قادر ساخت تا درجه درهم تنیدگی بین جفت‌های کوارک بالا را تا حدی محاسبه کنند که «استاندارد طلایی» فیزیک ذرات را برآورده کند: اهمیت آماری بالاتر از علامت 5σ.

یوآو آفیک، فیزیکدانی از تیم تجزیه و تحلیل ATLAS که همچنین وابسته به دانشگاه شیکاگو در ایالات متحده است، می گوید که نتیجه، که اعلام شد کنفرانس همکاری اطلس و هنوز بررسی نشده است، نشان می دهد که برخورد دهنده های پرانرژی مانند LHC می توانند به عنوان آزمایشگاهی برای مطالعه مسائل اساسی در مکانیک کوانتومی عمل کنند. او می افزاید، یکی از جهت گیری های احتمالی آینده، مطالعه سایر مفاهیم اطلاعات کوانتومی، مانند نابرابری های بل، اختلاف کوانتومی و هدایت کوانتومی، با استفاده از کوارک های برتر خواهد بود. یکی دیگر ممکن است انجام اندازه گیری های مشابه در سیستم های دیگر، مانند بوزون های هیگز باشد. آخرین فرصت برای همکاری میان رشته ای این است که برخی از تکنیک های به دست آمده از اطلاعات کوانتومی می توانند در جستجوی فیزیک فراتر از مدل استاندارد مفید باشند.

سرانجام درهم تنیدگی کوانتومی دوربرد اندازه گیری شد

مارتین مولدرزیکی از اعضای تیم CMS CERN که در تحقیقات ATLAS شرکت نداشت، آن را "نتیجه اصلی و زیبا" می نامد و اضافه می کند که آنالیزها پیچیده هستند و انجام آنها آسان نیست. او می افزاید که مقیاس زمانی و فواصل بسیار کوتاه (بسیار کوچکتر از قطر یک پروتون) که حالت های کوارک بالایی درهم تنیده بر روی آنها اندازه گیری شد، دقیقاً برعکس آزمایش های درهم تنیدگی کوانتومی معمولی است که بر درهم تنیدگی طولانی مدت و درازمدت تمرکز می کند. . با این حال، مولدرز خاطرنشان می‌کند که جنبه 5σ نتیجه باعث ایجاد «بحث‌های سالم» در میان فیزیکدانان ذرات شده است، زیرا مدل‌سازی رفتار جفت‌های کوارک بالا – به‌ویژه نزدیک به آستانه – قلمرو جدیدی است و بنابراین چالش‌برانگیز است.

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. به خودت قدرت بده دسترسی به اینجا.
• PlatoAiStream. هوش وب 3 دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• PlatoESG. کربن ، CleanTech، انرژی، محیط، خورشیدی، مدیریت پسماند دسترسی به اینجا.
• PlatoHealth. هوش بیوتکنولوژی و آزمایشات بالینی. دسترسی به اینجا.
• منبع: https://physicsworld.com/a/quantum-entanglement-observed-in-top-quarks/