Alimlər ilk dəfə olaraq kvant dolaşıqlığını müşahidə etdilər – hissəciklərin bir-birinə qarışdığı, fərdiliyini itirdiyi və artıq ayrıca təsvir edilə bilməyəcəyi vəziyyət – kvarklar arasında. İsveçrənin Cenevrə yaxınlığındakı Avropanın hissəciklər fizikası laboratoriyası olan CERN-də əldə edilən nailiyyət yüksək enerjilərdə hissəciklərdəki kvant məlumatlarının əlavə tədqiqatlarına qapı aça bilər.

Dolaşma onilliklər ərzində elektronlar və fotonlar kimi hissəciklərdə ölçülür, lakin bu, zərif bir fenomendir və kvant kompüterlərinin yerləşdiyi ultra soyuq soyuducular kimi aşağı enerjili və ya “sakit” mühitlərdə ölçülməsi ən asandır . CERN-in Böyük Adron Kollayderində protonlar arasında olan hissəciklərin toqquşması nisbətən səs-küylü və yüksək enerjilidir, bu da onların dağıntılarından dolanmağı ölçməyi xeyli çətinləşdirir – rok konsertində pıçıltı dinləmək kimi.Təkmilləşdirilmiş LHC yeni fizikanı axtarmaq üçün epik işə başlayır

LHC-də dolaşıqlığı müşahidə etmək üçün ATLAS detektoru üzərində işləyən fiziklər təxminən bir milyon cüt üst və anti-üst kvarkları təhlil etdilər – bütün məlum əsas hissəciklər və onların antimaddə analoqları arasında ən ağırı. Onlar keçən ilin sentyabrında elan etdikləri dolaşıqlıq üçün statistik cəhətdən böyük sübutlar tapdılar və bu gün Təbiət ^1- də ətraflı təsvir etdilər . LHC-nin digər əsas detektoru olan CMS üzərində işləyən fiziklər də iyunun ^2- də arXiv preprint serverinə göndərilən hesabatda dolanma müşahidəsini təsdiqləyiblər .

İndiana ştatının West Lafayette şəhərindəki Purdue Universitetində CMS analizi üzərində işləyən hissəcik fizikası Giulia Negro deyir: “Bu, həqiqətən maraqlıdır, çünki LHC ilə əldə edilən ən yüksək enerjilərdə dolaşıqlığı ilk dəfə öyrənə bilərsiniz”.

Elm adamları üst-kvark cütlərinin bir-birinə qarışa biləcəyinə şübhə etmirdilər. Hissəciklər fizikasının standart modeli – əsas hissəciklərin və onların qarşılıqlı təsir göstərdiyi qüvvələrin indiki ən yaxşı nəzəriyyəsi – dolaşıqlığı təsvir edən kvant mexanikasının üzərində qurulmuşdur. Tədqiqatçıların fikrincə, son ölçmə buna baxmayaraq dəyərlidir.

Madriddəki Nəzəri Fizika İnstitutunun nəzəri fiziki Juan Aguilar-Saavedra deyir: “Siz həqiqətən kvant mexanikasını pozacağınızı gözləmirsiniz, elə deyilmi?”. “Gözlənilən nəticəyə sahib olmaq vacib olan şeyləri ölçməyə mane olmamalıdır.”

Keçici üstlər

İllər əvvəl kofe fasiləsi zamanı İllinoys ştatındakı Çikaqo Universitetində eksperimental fizik olan Yoav Afik və hazırda Madridin Komplutense Universitetində kondensasiya olunmuş fizika üzrə fəlsəfə doktoru Xuan Muñoz de Nova bir yerdə dolaşıqlığı müşahidə etməyin mümkün olub-olmadığı ilə maraqlandılar. toqquşdurucu. Onların söhbəti üst kvarklardan istifadə edərək dolaşıqlığı ölçmək üçün yol göstərən kağız ^{3- ə çevrildi.}

Proton toqquşması nəticəsində yaranan üst və anti-top kvark cütləri sonsuz dərəcədə qısa ömürlər yaşayır – 10-25 ^saniyə davam edir . Sonra daha uzun ömürlü hissəciklərə çevrilirlər.“Standart model ölməyib”: hissəciklərin ultradəqiq ölçülməsi fizikləri həyəcanlandırır

Əvvəlki tədqiqatlar ⁴ aşkar etmişdi ki, qısa ömürləri ərzində üst kvarklar bucaq impulsuna bənzər kvant xüsusiyyəti olan “fırlanma” ilə əlaqələndirilə bilər. Afik və Muñoz de Novanın dərk etməsi ondan ibarət idi ki, bu ölçmə yuxarı kvark spinlərinin bir qədər korrelyasiya deyil, həqiqətən də dolaşıq olduğunu göstərmək üçün genişləndirilə bilər. Onlar korrelyasiya dərəcəsini təsvir etmək üçün D parametrini təyin etdilər . Əgər D −1/3-dən az olsaydı, üst kvarklar bir-birinə qarışardı.

Nəhayət, Afik və Muñoz de Novanın təklif işinin bir hissəsi ən yaxşı kvarkların qısa ömrüdür. Afik və Muñoz de Nova ilə birlikdə ATLAS analizinin bir hissəsi olan Böyük Britaniyanın Qlazqo Universitetində eksperimental fizik olan Ceyms Hovart deyir: “Siz bunu heç vaxt daha yüngül kvarklarla edə bilməzsiniz”. Kvarklar həqiqətən ayrılmağı sevmirlər, buna görə də cəmi 10-24 saniyədən sonra ^proton və neytron kimi adronlar yaratmaq üçün bir-biri ilə qarışmağa başlayırlar. Howarth deyir ki, üst kvark o qədər tez parçalanır ki, onun “hadronize” və qarışdırma yolu ilə spin məlumatını itirməyə vaxtı yoxdur. Bunun əvəzinə, bütün bu məlumatlar “çürük hissəciklərinə köçürülür”, o əlavə edir. Bu o demək idi ki, tədqiqatçılar geriyə doğru işləmək üçün çürümə məhsullarının xassələrini ölçə və ana üst kvarkların spin də daxil olmaqla xassələri barədə nəticə çıxara bildilər.

Üst kvark spinlərinin eksperimental ölçülməsini etdikdən sonra komandalar öz nəticələrini nəzəri proqnozlarla müqayisə etdilər. Lakin top kvark istehsalı və çürümə modelləri detektorun ölçülərinə uyğun gəlmirdi.

Həm ATLAS, həm də CMS tədqiqatçıları qeyri-müəyyənliklərlə müxtəlif yollarla mübarizə apardılar. Məsələn, CMS komandası müəyyən etdi ki, ‘toponium’ – yuxarı və anti-üst kvarkın bir-birinə bağlandığı fərz edilən vəziyyətin – əlavə edilməsi nəzəriyyə və təcrübənin daha yaxşı razılığa gəlməsinə kömək etdi.

Nəhayət, hər iki təcrübə asanlıqla −1/3 dolanma həddinə çatdı, ATLAS-ın D ölçməsi -0,537 və CMS-in ölçüsü -0,480 oldu.

Üstəlik

Üst kvarklarda dolaşıqlığı müşahidə etməkdə əldə edilən uğur tədqiqatçıların top-kvark fizikası haqqında anlayışını təkmilləşdirə və gələcək yüksək enerjili dolanma sınaqlarına yol aça bilər. Higgs bozonu kimi digər hissəciklər , hətta daha da ciddi dolaşıqlıq araşdırması olan Bell testini həyata keçirmək üçün istifadə edilə bilər.

Afik deyir ki, top-kvark təcrübəsi fiziklər arasında düşüncəni dəyişə bilər. “Əvvəlcə cəmiyyəti inandırmaq bir az çətin idi” deyir ki, tədqiqatın vaxta dəyər olduğuna. Axı, dolaşıqlıq kvant mexanikasının təməl qayasıdır və dəfələrlə təsdiqlənmişdir.

Lakin dolaşıqlığın yüksək enerjilərdə ciddi şəkildə araşdırılmaması faktı Afik və fenomenin digər həvəskarları üçün kifayət qədər əsasdır. “İnsanlar başa düşdülər ki, indi bu testləri etmək üçün hadron toqquşdurucularından və digər növ kollayderlərdən istifadə etməyə başlaya bilərsiniz” dedi Howarth.

doi: https://doi.org/10.1038/d41586-024-02973-7

Əlaqədar Xəbərləri və Baxışları oxuyun: ‘ Kvarklar göstərir ki, kvant dolaşıqlığı yüksək enerjilərdə olur ‘.

İstinadlar

1. ATLAS Əməkdaşlıq. Təbiət https://doi.org/10.1038/s41586-024-07824-z (2024).Məqalə Google Alim 
2. CMS Əməkdaşlıq. Önçap arXiv https://doi.org/10.48550/arXiv.2406.03976 (2024).
3. Afik, Y. & de Nova, JRM Eur. Fizik. J. Plus 136 , 907 (2021).Məqalə Google Alim 
4. Aad, G. et al. Fizik. Rev. Fr. Lett. 114 , 142001 (2015).Məqalə PubMed Google Alim