Naukowcy wykorzystujący eksperyment ATLAS należący do ERN w swoim najnowszym artykule naukowym opisali pomiar splątania kwantowego kwarków wysokich, czyli najmasywniejszych cząstek podstawowych. Do splątania kwantowego doszło przy energii bilion razy wyższej od typowych przypadków splątania kwantowego. Warto tutaj od razu uprzedzić wszystkich korektorów: faktycznie chodzi nie o miliard, a o bilion, czyli tysiąc miliardów, czy też milion milionów.
Splątanie kwantowe, choć znane od dekad, jest zjawiskiem, którego do końca nie jesteśmy w stanie zrozumieć, bowiem w skali, którą jesteśmy obserwować w życiu codziennym, niczego takiego nie zobaczymy. Splątanie kwantowe ogranicza się jedynie do poziomu najdrobniejszych cząstek występujących we wszechświecie.
Czytaj także: Kwark górny bez tajemnic. Znamy jego dokładną masę
Co do zasady, jeżeli dwie cząstki są ze sobą splątane kwantowo, to każda zmiana stanu jednej z nich natychmiast wpływa stan drugiej, niezależnie od odległości między nimi. To jest chyba najbardziej fascynująca cecha splątania kwantowego. Fizyka mówi nam bowiem, że nic we wszechświecie nie porusza się z prędkością większą od prędkości światła i dotyczy to także informacji. Powstaje zatem pytanie, jakim cudem informacja o zmianie stanu jednej splątanej cząstki dociera natychmiastowo do drugiej, która może znajdować się w odległości kilku, lub kilku milionów lat świetlnych.
Taka właściwość zdaje się łamać szczególną teorię względności oraz ograniczenie prędkości światła. Nic zatem dziwnego, że Albert Einstein własność tą nazywał “upiornym działaniem na odległość”.
Po latach badań tego zjawiska naukowcy wiedzą, że nie ma tu nic upiornego, a w zjawisku tym zaklęta jest przyszłość komputerów i komunikacji kwantowej, choć z pewnością jeszcze nie na obecnym etapie rozwoju technologicznego.
Naukowcy obserwują kwarki wysokie powstałe w zderzeniach cząstek w akceleratorach w CERN. Część tych kwarków jest ze sobą kwantowo splątanych i to właśnie te kwarki analizowano dokładnie w ramach eksperymentu ATLAS.
Kwarki wysokie to nietypowe cząstki (jakby jakiekolwiek kwarki były “typowe”). Są one podobne do swojego nieco cięższego kuzyna — kwarku górnego, który stanowi komponent protonu i neutronu, czyli cząstek tworzących jądro każdego atomu we wszechświecie. Co do zasady są one tak ciężkie, że mają masę porównywalną do cząsteczki kofeiny, choć zdecydowanie nie działają tak jak ona. Co więcej, kwark wysoki istnieje tylko bardzo krótką chwilę i znika w ciągu 5 × 10-25 sekundy. Bardzo trudno sobie wyobrazić, o jak krótkim okresie czasu mówimy. Powyższy czas istnienia kwarka wysokiego ma się tak do sekundy, jak sekunda ma się do okresu 100 milionów razy dłuższego od obecnego wieku wszechświata.
Czytaj także: Cztery kwarki górne naraz. Zaskakujące obserwacje w Wielkim Zderzaczu Hadronów
W tym niezwykle krótkim czasie kwark wysoki nie jest w stanie nawet rozpaść się na hadrony. Tym samym jednak pozwala fizykom testować właściwości standardowego modelu cząstek. Można za jego pomocą zmierzyć na przykład masę bozonu Higgsa.
Podczas każdego takiego testu naukowcy przyglądają się produktom rozpadu, cząstkom, które powstałe wskutek powstania par kwarków wysokich. W opisywanym wyżej eksperymencie naukowcom udało się zmierzyć stopień splątania dwóch kwarków wysokich. Nie udałoby się tego zrobić, gdyby owe kwarki nie były ze sobą splątane.
