Физики доказали возникновение «жуткого» квантового эффекта в Большом адронном коллайдере
Ученые доказали, что одно из самых удивительных явлений в физике — квантовая запутанность — проявляется даже среди тяжелых и короткоживущих частиц, которые рождаются в самом мощном ускорителе мира — Большом адронном коллайдере в ЦЕРН.
Светлана ЛевченкоАвтор новостей
Квантовая запутанность — это явление, при котором две частицы остаются связанными, даже если разделены огромными расстояниями. Воздействие на одну частицу мгновенно влияет на все запутанные с ней частицы, независимо от дистанции между ними. Альберт Эйнштейн называл это «жутким действием на расстоянии». Сегодня запутанность лежит в основе работы квантовых компьютеров, сверхзащищенных квантовых сетей связи и сенсоров нового поколения.
Однако до сих пор было неизвестно, сохраняется ли квантовая запутанность в экстремальных условиях — среди короткоживущих частиц, которые возникают при высокоэнергетических столкновениях. Для проверки международная команда физиков использовала детектор ATLAS на Большом адронном коллайдере. Ученые искали запутанность в парах Z-бозонов, существующих лишь долю секунды перед распадом.
«Квантовая механика лежит в основе вычислений, безопасности и многих областей физики. Однако в ней есть загадки, которые еще не полностью поняты специалистами. Использование ускорителей частиц позволяет нам тестировать квантовую механику при энергиях в триллион раз выше и на расстояниях меньше размера атомного ядра. Это позволяет оценить экстремальные условия, где квантовая механика может нарушаться, что имело бы глубокие последствия для основ науки», — объясняет соавтор исследования, профессор Оксфордского университета Алан Барр.
Z-бозоны, которые оказались в центре внимания ученых, образовывались при распаде бозона Хиггса — частицы, открытой на БАК в 2012 году, — он ненадолго расщеплялся на два Z-бозона, каждый из которых затем распадался на пары электронов или мюонов. Несмотря на то, что Z-бозоны исчезают почти мгновенно, детектор ATLAS может точно отслеживать оставленные ими частицы. Реконструируя углы их испускания, ученые могли определить спины исходных Z-бозонов и проверить их запутанность. Результаты показали убедительные доказательства связи между парами частиц, что делает новый эксперимент одним из самых высокоэнергетических подтверждений квантовой запутанности.
«Мы привыкли думать о запутанности как о чем-то хрупком, что может наблюдаться в лабораторных экспериментах с отдельными фотонами. То, что мы обнаружили ее среди настолько тяжелых и короткоживущих частиц, как Z-бозоны, говорит о том, насколько фундаментальным и устойчивым является этот квантовый эффект», — отметил профессор Барр. Результаты исследования открывают новые возможности для изучения фундаментальных законов природы и проверки границ квантовой механики.
Ранее физики превратили свет в квантовую машину для обработки информации.
ФизикаПоделиться
