Kvantinis įsipainiojimas tarp „Top kvarkų“ esant didžiausiai stebimai energijai  

CERN mokslininkams pavyko stebėti kvantinį susipynimą tarp „viršutinių kvarkų“ ir didžiausios energijos. Pirmą kartą apie tai buvo pranešta 2023 m. rugsėjo mėn., o vėliau tai patvirtinta pirmuoju ir antruoju stebėjimu. Dideliame hadronų greitintuve (LHC) pagamintų „viršutinių kvarkų“ poros buvo panaudotos kaip nauja sistema įsipainiojimui tirti. 

Viršutiniai kvarkai yra sunkiausios pagrindinės dalelės. Jie greitai suyra, perkeldami sukimąsi į skilimo daleles. Viršutinio kvarko sukimosi orientacija daroma iš skilimo produktų stebėjimo.  

Mokslininkų komanda stebėjo kvantinį susietumą tarp „viršutinio kvarko“ ir jo antimedžiagos atitikmens, kurio energija yra 13 teraelektronvoltų (1 TeV = 10⁻¹² ^eV ). Tai pirmasis susietumo stebėjimas kvarkų poroje (viršutiniame kvarke ir antiviršutiniame kvarke) ir iki šiol didžiausias susietumo stebėjimas.

Kvantinis įsipainiojimas esant didelėms energijoms iš esmės liko neištirtas. Ši plėtra atveria kelią naujiems tyrimams.  

Kvantinėse dalelėse vienos dalelės būsena priklauso nuo kitų, nepriklausomai nuo atstumo ir jas skiriančios terpės. Vienos dalelės kvantinės būsenos negalima apibūdinti nepriklausomai nuo kitų įsipainiojusių dalelių grupės būsenos. Bet koks vieno pasikeitimas daro įtaką kitiems. Pavyzdžiui, elektronų ir pozitronų pora, atsiradusi dėl pi mezono skilimo, yra susipainiojusi. Jų sukimai turi sudaryti pi mezono sukimąsi, todėl žinodami vienos dalelės sukimąsi, žinome apie kitos dalelės sukimąsi.  

2022 metais Nobelio fizikos premija buvo skirta Alain Aspect, John F. Clauser ir Anton Zeilinger už eksperimentus su įsipainiojusiais fotonais. 

Kvantinis įsipainiojimas buvo pastebėtas įvairiose sistemose. Jis rado pritaikymo kriptografijoje, metrologijoje, kvantinėje informacijoje ir kvantiniame skaičiavime. 

*** 

Nuorodos:  

1. CERN. Pranešimas spaudai – LHC eksperimentai CERN stebi kvantinį susipynimą esant didžiausiai energijai. Paskelbta 18 m. rugsėjo 2024 d. Prieiga https://home.cern/news/press-release/physics/lhc-experiments-cern-observe-quantum-entanglement-highest-energy-yet  

2. ATLAS bendradarbiavimas. Kvantinio susipynimo su viršutiniais kvarkais stebėjimas ATLAS detektoriuje. Nature 633, 542–547 (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07824-z 

*** 

PAGRINDINĖS DALELĖS  – Greitas žvilgsnis

Pagrindinės dalelės pagal sukimąsi skirstomos į fermionus ir bozonus.

[AT]. FERMIONŲ sukimasis yra nelyginės pusės sveikųjų skaičių reikšmės (½, 3/2, 5/2, ….). Tai yra materijos dalelės sudarytas iš visų kvarkų ir leptonų.   - sekite Fermi-Dirac statistiką,   – turėti pusiau nelyginį sveikąjį skaičių   – paisykite Pauli išskyrimo principo, ty du identiški fermionai negali užimti tos pačios kvantinės būsenos arba tos pačios vietos erdvėje su tuo pačiu kvantiniu skaičiumi. Jie abu negali suktis ta pačia kryptimi, bet gali suktis priešinga kryptimi   Fermionai apima visus kvarkus ir leptonus bei visas sudėtines daleles, sudarytas iš nelyginio skaičiaus.  - Kvarkai = šeši kvarkai (aukštyn, žemyn, keistai, žavesiui, apatiniai ir viršutiniai kvarkai).  – Sujunkite, kad susidarytų hadronai, tokie kaip protonai ir neutronai. – Negalima stebėti už hadronų ribų.   – Leptonai = elektronai + miuonai + tau + neutrinas + miuono neutrinas + tau neutrinas.    – „Elektronai“, „viršutiniai kvarkai“ ir „žemieji kvarkai“ yra trys pagrindinės visko, kas yra visatoje, sudedamosios dalys.   – Protonai ir neutronai nėra esminiai, bet sudaryti iš „aukštųjų kvarkų“ ir „žemyninių kvarkų“, taigi sudėtinės dalelės. Protonus ir neutronus sudaro trys kvarkai – protoną sudaro du „aukštyn“ ir vienas „žemyn“ kvarkas, o neutrone yra du „žemyn“ ir vienas „aukštyn“. „Aukštyn“ ir „žemyn“ yra du kvarkų „skoniai“ arba atmainos.  - Barionai yra sudėtiniai fermionai, sudaryti iš trijų kvarkų, pvz., protonai ir neutronai yra barionai  - Hadronai susideda tik iš kvarkų, pvz., barionai yra hadronai.

[B]. BOSONS turi sveikųjų skaičių vertes (0, 1, 2, 3, ....)   – Bozonai seka Bose-Einšteino statistiką; turėti sveikų skaičių sukimąsi.   – pavadintas Satyendra Nath Bose (1894–1974), kuris kartu su Einšteinu sukūrė pagrindines bozono dujų statistinės termodinamikos idėjas.   – nepaklūsta Paulio išskyrimo principui, ty du vienodi bozonai gali užimti tą pačią kvantinę būseną arba tą pačią vietą erdvėje su tuo pačiu kvantiniu skaičiumi. Jie abu gali suktis ta pačia kryptimi,   – Elementarieji bozonai yra fotonas, gliuonas, Z bozonas, W bozonas ir Higso bozonas. Higso bozono sukimasis = 0, o matuoklio bozonų (ty fotono, gliuono, Z bozono ir W bozono) sukimasis = 1.

[C] SUDĖTINĖS DALELĖS – Sudėtinės dalelės gali būti bozonai arba fermionai, priklausomai nuo jų sudedamųjų dalių.  – Visos sudėtinės dalelės, sudarytos iš lyginio skaičiaus fermionų, yra bozonai (nes bozonai turi sveikų skaičių, o fermionai – nelyginį pusiau sveikąjį skaičių).   – Visi mezonai yra bozonai (nes visi mezonai (sudarytus iš vienodo skaičiaus kvarkų ir antikvarkų). – Stabilūs branduoliai su lyginiais masės skaičiais yra bozonai, pvz., deuteris, helis-4, anglis-12 ir kt.  – Sudėtiniai bozonai taip pat nepaklūsta Pauli išskyrimo principui.   - Keli bozonai toje pačioje kvantinėje būsenoje susilieja ir susidaroBose-Einšteino kondensatas (BEC).

***