|
Между кварками сохраняется квантовая запутанность
|
|
|
|
Эксперимент, проведенный группой физиков под руководством профессора физики Рочестерского университета Регины Деминой, дал значительный результат, связанный с квантовой запутанностью — эффектом, который Альберт Эйнштейн назвал "жутким действием на расстоянии". Запутанность - это согласованное поведение мельчайших частиц, которые взаимодействовали, но затем разошлись в стороны. Измерение свойств — таких как положение, импульс или спин — одной из разделенных пар частиц мгновенно изменяет результаты другой частицы, независимо от того, как далеко вторая частица удалилась от своего двойника. По сути, состояние одной запутанной частицы, или кубита, неотделимо от состояния другой. Квантовая запутанность наблюдалась между стабильными частицами, такими как фотоны или электроны. Но Демина и ее группа открыли новые горизонты, впервые обнаружив, что запутанность сохраняется между нестабильными топ-кварками и их партнерами из антивещества на расстояниях, превышающих те, которые могут быть преодолены с помощью информации, передаваемой со скоростью света. В частности, исследователи наблюдали спиновую корреляцию между частицами.
|
|
|
|
Таким образом, частицы продемонстрировали то, что Эйнштейн назвал "пугающим действием на расстоянии". Об этом открытии сообщило сотрудничество Compact Muon Solenoid (CMS) при Европейском центре ядерных исследований, или ЦЕРН, где проводился эксперимент. "Подтверждение квантовой запутанности между самыми тяжелыми фундаментальными частицами, топ-кварками, открыло новый путь для изучения квантовой природы нашего мира при энергиях, намного превосходящих доступные", - говорится в отчете. ЦЕРН, расположенный недалеко от Женевы, Швейцария, является крупнейшей в мире лабораторией физики элементарных частиц. Производство высших кварков требует очень высоких энергий, доступных на Большом адронном коллайдере (БАК), который позволяет ученым отправлять высокоэнергетические частицы, вращающиеся по 17-мильной подземной трассе со скоростью, близкой к скорости света. Феномен запутанности стал основой быстро развивающейся области квантовой информатики, которая имеет широкое применение в таких областях, как криптография и квантовые вычисления.
|
|
|
Верхние кварки, каждый из которых по массе равен атому золота, могут быть получены только на коллайдерах, таких как БАК, и поэтому вряд ли будут использованы для создания квантового компьютера. Но исследования, подобные тем, которые провели Демина и ее группа, могут пролить свет на то, как долго сохраняется запутанность, передается ли она "дочерним частицам" или продуктам распада, и что, если вообще что-то происходит, в конечном итоге разрушает запутанность. Теоретики полагают, что Вселенная находилась в запутанном состоянии после начальной стадии быстрого расширения. Новый результат, полученный Деминой и ее исследователями, может помочь ученым понять, что привело к потере квантовой связи в нашем мире. Демина записала видео для социальных сетей CMS, чтобы объяснить результат своей группы. Она использовала аналогию с нерешительным королем далекой страны, которого она назвала "Король Сверху". Король Топ получает известие о том, что в его страну вторглись, поэтому он посылает гонцов, чтобы сообщить всем жителям своей страны о необходимости готовиться к обороне. Но затем, как объясняет Демина в видео, он передумывает и посылает гонцов, чтобы приказать людям отступить.
|
|
|
|
"Он продолжает метаться, и никто не знает, каким будет его решение в следующий момент", - говорит Демина. Никто, - продолжает объяснять Демина, - кроме лидера одной деревни в этом королевстве, известного как "Анти-Топ". "Они знают, что происходит в душе друг друга в любой момент времени", - говорит Демина. Исследовательская группа Деминой состоит из нее самой, аспиранта Алана Эрреры и научного сотрудника Отто Хиндрикса. Будучи аспиранткой, Демина входила в команду, открывшую топ-кварк в 1995 году. Позже, будучи преподавателем в Рочестере, Демина возглавила команду ученых со всей территории США, которые создали устройство слежения, сыгравшее ключевую роль в открытии в 2012 году бозона Хиггса - элементарной частицы, которая помогает объяснить происхождение массы во Вселенной. Исследователи из Рочестера имеют долгую историю работы в ЦЕРНе в рамках сотрудничества CMS, которое объединяет физиков со всего мира. Недавно другая команда из Рочестера достигла значительного прогресса в измерении электрослабого угла смешения - важнейшего компонента стандартной модели физики элементарных частиц, которая объясняет, как взаимодействуют строительные блоки материи.
|
|
|
|
Источник
|
