Ci mają bowiem twarde dowody na splątanie kwantowe zachodzące pomiędzy bozonami Z. Te należą do ciężkich i niezwykle krótkotrwałych obiektów powstających podczas wysokoenergetycznych zderzeń, o czym członkowie zespołu badawczego piszą na łamach Physical Review Letters.
A przecież już samo splątanie kwantowe jest iście niebywałe. Mówiąc krótko, polega ono na tym, że dwie cząstki mogą znaleźć się we wspólnym stanie kwantowym, w którym ich właściwości pozostają ze sobą powiązane. Pomiar jednej cząstki dostarcza informacji o stanie drugiej, nawet gdy obie znajdują się już daleko od siebie. To właśnie ta niezwykła właściwość sprawiła, że Albert Einstein określił splątanie mianem upiornego działania na odległość.
Czytaj też: Fizycy ujarzmili biały grafen. To kompletna odwrotność słynnego materiału
Wcześniej udało się je potwierdzić w wielu eksperymentach z udziałem między innymi fotonów, elektronów czy uwięzionych jonów. Dziś splątanie nie jest już jednak wyłącznie przedmiotem badań nad fundamentami fizyki. Stanowi jeden z filarów rozwijających się technologii kwantowych, w tym komputerów kwantowych i bezpiecznej komunikacji.
Naukowcy chcieli sprawdzić, czy charakterystyczne dla świata kwantowego splątanie może utrzymywać się również w ekstremalnych warunkach panujących podczas zderzeń cząstek o ogromnych energiach. Szczególnym wyzwaniem były krótkotrwałe cząstki, które istnieją zaledwie przez ułamek sekundy. Badacze skupili się na parach bozonów Z powstających podczas rozpadu bozonu Higgsa. W objętych analizami zdarzeniach rozpadał się on na dwa bozony Z, a te niemal natychmiast rozpadały się na kolejne cząstki, między innymi elektrony i miony.
Co ciekawe, bezpośrednie obserwowanie bozonów Z nie jest możliwe, ponieważ ich czas życia jest niezwykle krótki. Fizycy mogą jednak odtworzyć informacje o tych cząstkach na podstawie produktów ich rozpadu. W tym eksperymencie kluczowe były między innymi kąty, pod jakimi elektrony i miony opuszczały miejsce zderzenia. Analizując te dane, naukowcy mogli wywnioskować informacje dotyczące spinów pierwotnych bozonów Z. Następnie sprawdzili, czy właściwości obu cząstek wykazują zależności przewidywane dla stanu splątanego. Wyniki wskazały na silne dowody potwierdzające występowanie splątania.
To jedno z najwyżej energetycznych potwierdzeń tego zjawiska, jakie udało się dotąd uzyskać. Pokazuje również, że splątanie nie ogranicza się do delikatnych układów przygotowywanych w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych. Może występować także wśród ciężkich cząstek powstających podczas niezwykle gwałtownych procesów zachodzących przy energiach sięgających bilionów elektronowoltów.
Czytaj też: Ten foton nie powinien dotrzeć do Ziemi. Naukowcy mówią o potencjalnym naruszeniu teorii Einsteina
Zdaniem samych zainteresowanych konsekwencje tego odkrycia powinno być szerokie. Eksperymenty tego typu pozwalają badać, jak fundamentalne zasady fizyki zachowują się przy ekstremalnie wysokich energiach i w najmniejszych skalach. To właśnie w takich warunkach mogą w przyszłości pojawić się wskazówki prowadzące do nowych teorii opisujących wszechświat. Ważną rolę odegrają tutaj modernizacje LHC i detektora ATLAS. Rozbudowany High-Luminosity Large Hadron Collider ma w przyszłości dostarczyć znacznie większej liczby zderzeń, co pozwoli naukowcom prowadzić dokładniejsze pomiary. Ulepszony detektor będzie natomiast w stanie rejestrować jeszcze więcej szczegółów dotyczących produktów rozpadu powstających cząstek.
Oznacza to, że fizycy będą mogli nie tylko dokładniej badać splątanie bozonów Z, lecz również szukać innych efektów kwantowych w zderzeniach o rekordowych energiach. Im więcej danych uda się zgromadzić, tym precyzyjniej będzie można sprawdzać przewidywania modelu standardowego i poszukiwać ewentualnych odstępstw od jego założeń.
Źródło: Physical Review Letters
