CERN-მა კვანტური ჩახლართულობა აქამდე გამოცდილ ყველაზე მძიმე ნაწილაკებს შორის აღმოაჩინა

CERN-ის დიდ ადრონულ კოლაიდერზე ATLAS დეტექტორთან მომუშავე ფიზიკოსებმა აღმოაჩინეს მყარი მტკიცებულება კვანტური ჩახლართულობისა Z ბოზონების წყვილებს შორის, რომლებიც ჰიგსის ბოზონების დაშლისას წარმოიქმნება. ამით კვანტური მექანიკის ერთ-ერთი ყველაზე იდუმალი ფენომენი გავრცელდა აქამდე გამოცდილ ყველაზე მძიმე და ხანმოკლე სიცოცხლის მქონე ნაწილაკებზე. შედეგები, რომლებიც 2026 წლის 11 სექტემბერს ჟურნალში Physical Review Letters გამოქვეყნდა, კვანტური ჩახლართულობის ერთ-ერთი ყველაზე მაღალენერგეტიკული დადასტურებაა ისტორიაში.phys+1

ATLAS-ის კოლაბორაციამ გააანალიზა პროტონ-პროტონული შეჯახებების მონაცემები 13 და 13.6 ტრილიონი ელექტრონვოლტის ენერგიაზე. ისინი ეძებდნენ დაშლის იმ იშვიათ ჯაჭვს, რომლის დროსაც ჰიგსის ბოზონი ორ Z ბოზონად იყოფა, თითოეული მათგანი კი შემდეგ ელექტრონების ან მიუონების წყვილად იშლება. ვინაიდან Z ბოზონები დაახლოებით 3 × 10⁻²⁵ წამში ქრებიან, ფიზიკოსებმა ვერ შეძლეს მათი სპინების პირდაპირ გაზომვა. ამის ნაცვლად, მათ აღადგინეს კუთხეები, რომლებითაც მიღებული ოთხი ლეპტონი დეტექტორში მოძრაობდა, და ამ გზით უკან მიჰყვნენ პროცესს საწყისი Z ბოზონების კვანტური მდგომარეობის დასადგენად.sciencealert+3

ქუტრიტები და არა ქუბიტები

ტოპ-კვარკების ჩახლართულობისგან განსხვავებით, რომელიც ATLAS-ის გუნდმა 2024 წელს Nature-ში გამოქვეყნებულ სტატიაში აჩვენა, Z ბოზონებს აქვთ სამი შესაძლო სპინური მდგომარეობა ორის ნაცვლად, რაც თითოეულ მათგანს კვანტური ინფორმაციის ენაზე „ქუტრიტად“ აქცევს. ესპანეთის თეორიული ფიზიკის ინსტიტუტის ფიზიკოსმა ხუან ანტონიო აგილარ-საავედრამ აღნიშნა, რომ „ორი Z ბოზონის სპინები უკიდურესად ჩახლართულია, ბევრად უფრო მეტად, ვიდრე მანამდე გაზომილ ტოპ-ანტიტოპის შემთხვევაში“.nature+1

გუნდის ყველაზე მგრძნობიარე ტესტმა უპირატესობა ჩახლართულ მდგომარეობას მიანიჭა არაჩახლართულ ალტერნატივასთან შედარებით, სტატისტიკური მნიშვნელოვნებით 4.7 სიგმა. ეს ოდნავ ჩამოუვარდება 5-სიგმიან ზღვარს, რომელიც ტრადიციულად საჭიროა აღმოჩენის გამოსაცხადებლად, თუმცა საკმარისად ძლიერია მყარი მტკიცებულების წარსადგენად.sciencealert+1

„ვირტუალური იხვი“

მასების არითმეტიკიდან უჩვეულო დეტალი გამოიკვეთა. ჰიგსის ბოზონი დაახლოებით 125 გევ-ს იწონის, ხოლო თითოეული Z ბოზონის მასა 91 გევ-თან ახლოსაა, რაც ნიშნავს, რომ ენერგია არ არის საკმარისი ორი ჩვეულებრივი Z ბოზონის ერთდროულად გამოსაჩენად. სულ მცირე ერთი მათგანი უნდა იყოს „ვირტუალური“: წარმავალი კვანტური ფლუქტუაცია, რომლის პირდაპირ დაკვირვებაც შეუძლებელია. ახალი შედეგი მიუთითებს იმაზე, რომ ვირტუალურ Z ბოზონსაც კი შეუძლია ჩახლართულობაში მონაწილეობა, რაც ფილოსოფიურ კითხვებს აჩენს ასეთი ნაწილაკების ბუნების შესახებ.sciencealert+1

> „თუ ის იხვივით დადის და იხვივით ყიყინებს, მაშინ ის, რასაც ვუყურებთ, იხვი უნდა იყოს. ამ შემთხვევაში, ვირტუალური იხვი“, განაცხადა აგილარ-საავედრამ.sciencealert

კვანტური მექანიკის გამოცდა ექსტრემალურ პირობებში

წლების განმავლობაში დაგროვილი მონაცემებიდან შერჩეული მხოლოდ 400-მდე შესაფერისი შეჯახების შემთხვევის საფუძველზე, ამ გაზომვამ ზღვრამდე მიიყვანა ის, რისი მიღებაც დიდ ადრონულ კოლაიდერს თავისი ყველაზე იშვიათი პროცესებიდან შეუძლია. ოქსფორდის ფიზიკოსმა და კვლევის თანაავტორმა ალან ბარმა, რომელმაც პირველმა წამოაყენა იდეა ნაწილაკების კოლაიდერების გამოყენების შესახებ მაღალ ენერგიებზე ჩახლართულობის გამოსაკვლევად, ამ აღმოჩენას უწოდა „კარგი შეხსენება იმისა, რომ კვანტური მექანიკის იგივე უცნაური წესები, რომლებმაც ერთ დღეს შესაძლოა კვანტური კომპიუტერები აამუშაონ, ყველგან მოქმედებს ბუნებაში, დიდ ადრონულ კოლაიდერზე არსებულ ექსტრემალურ ენერგიებზეც კი“.phys+1

მოდერნიზაცია, რომელიც ამჟამად მიმდინარეობს როგორც ATLAS დეტექტორზე, ისე მაღალი სიკაშკაშის დიდ ადრონულ კოლაიდერზე (HL-LHC), სავარაუდოდ, ბევრად უფრო დიდ მონაცემთა ბაზებს მოგვცემს. ეს გზას გაუხსნის 5-სიგმიანი ზღვრის გადალახვას და კვანტური ფენომენების კიდევ უფრო მეტი სიზუსტით შესწავლას.phys