Facebook Instagram Twitter RSS Feed PodBean Back to top on side

Aktuality

Ilustračný obrázok

Výnimočný výskum, na ktorom sa podieľal ÚEF SAV, v. v. i., zverejnil Nature

20. 9. 2024 | videné 419-krát

Pracovníci Oddelenia subjadrovej fyziky Ústavu experimentálnej fyziky SAV (ÚEF SAV), v. v. i., v Košiciach boli členmi tímu, ktorý prvýkrát zmeral tzv. kvantové previazanie pri vysokých energiách. O jedinečnom výskume vedcov ÚEF SAV, v. v. i., sme informovali už TU. Tieto výsledky otvárajú nový pohľad na zložitý svet kvantovej fyziky a  boli publikované v Nature 18. septembra 2024. CERN pri príležitosti publikovania tohto článku vydal tlačové vyhlásenie.

O jedinečnom výskume vedcov ÚEF SAV, v. v. i., sme informovali už TU. Kvantové previazanie je fascinujúcou črtou kvantovej fyziky – teórie veľmi malých vecí. Ak sú dve častice kvantovo previazané, stav prvej častice je zviazaný so stavom tej druhej, nezávisle od toho, ako ďaleko od seba tieto častice sú. Tento ťažko mysľou prijateľný fakt, ktorý nemá analógiu v klasickej fyzike, bol pozorovaný v širokej škále systémov a našiel niekoľko dôležitých uplatnení, akými sú kvantová kryptografia a kvantové počítače. V roku 2022 bola Alainovi Aspectovi, Johnovi F. Clauserovi a Antonovi Zeilingerovi udelená Nobelova cena za fyziku za prelomové experimenty s previazanými fotónmi. Tieto experimenty potvrdili prejavy kvantového previazania, ktoré predpovedal zosnulý CERN-ský teoretik John Bell a prispeli k počiatkom kvantovej informatiky.

Kvantové previazanie zostávalo viac-menej nepreskúmané pri vysokých energiách dostupných na časticových urýchľovačoch, akým je Large Hadron Collider (LHC). V článku, ktorý bol vo štvrtok 19. septembra 2024 publikovaný v Nature, kolaborácia ATLAS opísala, ako po prvý raz a pri doteraz najvyšších energiách úspešne pozorovala kvantové previazanie na LHC, a to medzi fundamentálnymi časticami nazývanými top kvarky. Tento výsledok, prvýkrát ohlásený ATLAS-om v septembri 2023 a následne potvrdený dvoma pozorovaniami uskutočnenými kolaboráciou CMS, otvoril nový pohľad na zložitý svet kvantovej fyziky.

„Aj napriek tomu, že časticová fyzika má korene hlboko v kvantovej mechanike, pozorovanie kvantového previazania v novom časticovom systéme a pri oveľa vyššej energii, než doteraz bolo možné, je pozoruhodné,” povedal hovorca ATLAS-u Andreas Hoecker. „Pokračujúci prírastok dát dláždi cestu pre nové vyšetrovania tohto fascinujúceho javu a otvára bohatú ponuku pre ďalší výskum.”

Kolektívy ATLAS-u a CMS pozorovali kvantové previazanie medzi top kvarkom a jeho antičasticou. Tieto pozorovania sú založené na nedávno navrhnutej metóde, ktorá používa top kvarky produkované na LHC ako nový systém pre štúdium kvantového previazania.

Top kvark je najťažšia známa fundamentálna častica. Za normálnych okolností sa rozpadá na iné častice ešte predtým, než by mal čas skombinovať sa s ďalšími kvarkami. Preto sa jeho spin a ďalšie kvantové atribúty prenášajú na jeho rozpadové produkty. Fyzici pozorujú vlastnosti rozpadových produktov na odvodenie spinovej orientácie pôvodného top kvarku.

Na pozorovania kvantového previazania medzi top kvarkami, ATLAS a CMS vybrali páry top kvarkov z dát z protón-protónových zrážok pri energii 13 teraelektrónvoltov, ktoré boli získané v druhom behu LHC medzi rokmi 2015 a 2018. Pozornosť sústredili na páry, v ktorých top kvarky majú malú vzájomnú hybnosť. V takomto prípade sa očakáva silné kvantové previazanie spinov obidvoch kvarkov.

Existencia a stupeň kvantového previazania spinov sa dá vyvodiť z uhla medzi smermi, do ktorých vyletujú elektricky nabité rozpadové produkty obidvoch kvarkov. Meraním tohto uhla a po korekcii na experimentálne efekty, ktoré by mohli pozmeniť jeho hodnotu, sa kolektívom ATLAS-u a CMS podarilo pozorovať kvantové previazanie spinu top kvarkov, a to so štatistickou významnosťou väčšou ako päť štandardných odchýlok.

Vo svojej druhej štúdii sa kolaborácia CMS pozrela na páry top kvarkov, v ktorých mali produkované kvarky veľkú vzájomnú hybnosť. V tejto oblasti platí pre veľké percento top kvarkových párov, že predpovede relatívnych polôh a polčasov rozpadu top kvarkov daného páru vylučujú klasickú výmenu informácie časticami neprekračujúcimi rýchlosť svetla. Experiment CMS pozoroval spinové kvantové previazanie medzi top kvarkami aj v tomto prípade.

Merania kvantového previazania a ďalších kvantových konceptov v novom časticovom systéme a pri energii nad doteraz dostupnými hodnotami poskytujú nové spôsoby testovania Štandardného modelu časticovej fyziky, ako aj nové cesty hľadania prejavov novej fyziky za Štandardným modelom.

 

Zdroj: Tlačová správa CERN

Spracoval: Pavol Strižinec, ÚEF SAV, v. v. i.

Foto: ÚEF SAV, v. v. i.

Súvisiace články