Квантовая запутанность сохраняется между топ-кварками

Прочитано: 114 раз(а)


Эксперимент группы 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».

Запутывание касается скоординированного поведения мельчайших частиц, которые взаимодействовали, но затем разошлись. Измерение свойств — таких как положение, импульс или спин — одной из разделенных пар частиц мгновенно меняет результаты другой частицы, независимо от того, насколько далеко вторая частица отошла от своего двойника. По сути, состояние одной запутанной частицы, или кубита, неотделимо от другого.

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 высшими кварками и их партнерами из антивещества на расстояниях, превышающих те, которые могут быть охвачены информацией, передаваемой со скоростью света. В частности, исследователи наблюдали спиновую корреляцию между частицами.

Таким образом, частицы продемонстрировали то, что Эйнштейн назвал «жутким действием на расстоянии».

«Новый путь» для квантовых исследований

Об этом открытии сообщило сотрудничество Компактного мюонного соленоида (CMS) в Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН), где проводился эксперимент.

«Подтверждение квантовой запутанности между самыми тяжелыми фундаментальными частицами, топ-кварками, открыло новый путь для исследования квантовой природы нашего мира при энергиях, значительно превышающих доступные», — говорится в отчете.

ЦЕРН, расположенный недалеко от Женевы, Швейцария, является крупнейшей в мире лабораторией физики элементарных частиц. Производство топ-кварков требует очень высоких энергий, доступных на Большом адронном коллайдере (БАК), который позволяет ученым отправлять частицы высокой энергии, вращающиеся по 17-мильной подземной трассе со скоростью, близкой к скорости света.

Явление запутанности стало основой развивающейся области квантовой информатики, которая имеет широкое применение в таких областях, как криптография и квантовые вычисления.

Топ-кварки, каждый из которых тяжелее атома золота, могут быть произведены только на коллайдерах, таких как БАК, и поэтому вряд ли будут использованы для создания квантового компьютера. Но исследования, подобные тем, что провела Демина и ее группа, могут пролить свет на то, как долго сохраняется запутанность, передается ли она «дочерям» частиц или продуктам распада, и что в конечном итоге разрушает запутанность, если вообще что-то происходит.

Теоретики полагают, что Вселенная находилась в запутанном состоянии после начальной стадии быстрого расширения. Новый результат, наблюдаемый Деминой и ее исследователями, может помочь ученым понять, что привело к потере квантовой связи в нашем мире.

Топ-кварки в квантовых отношениях на больших расстояниях

Демина записала видео для социальных сетей CMS, чтобы объяснить результат своей группы. Она использовала аналогию с нерешительным королем далекой страны, которого называла «Король Верх».

Король Топ узнает, что в его страну вторгаются, поэтому он отправляет гонцов, чтобы сообщить всем жителям своей земли, чтобы они приготовились к защите. Но затем, как объясняет Демина на видео, он передумал и отправил гонцов с приказом людям отступить.

«Он постоянно колеблется, 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 душевное состояние друг друга в любой момент времени», — говорит Демина.

Исследовательская группа Деминой состоит из нее самой, аспиранта Алана Эрреры и научного сотрудника Отто Хиндрикса.

Будучи аспирантом, Демина входила в команду, открывшую топ-кварк в 1995 году. Позже, будучи преподавателем в Рочестере, Демина была одним из руководителей группы ученых со всех концов США, которые создали устройство слежения , сыгравшее ключевую роль в открытие в 2012 году бозона Хиггса — элементарной частицы, которая помогает объяснить происхождение массы во Вселенной.

Исследователи из Рочестера имеют долгую историю работы в ЦЕРН в рамках сотрудничества CMS, которое объединяет физиков со всего мира. Недавно другая группа из Рочестера достигла важной вехи в измерении угла электрослабого смешивания, важнейшего компонента Стандартной модели физики элементарных частиц, который объясняет, как взаимодействуют строительные блоки материи.

Квантовая запутанность сохраняется между топ-кварками



Новости партнеров