CERN aptiko kvantinį susietumą tarp sunkiausių kada nors tirtų dalelių

Fizikai, dirbantys su ATLAS detektoriumi CERN Didžiajame hadronų priešpriešinių srautų greitintuve, rado svarių kvantinio susietumo įrodymų tarp Z bozonų porų, susidariusių skylant Higso bozonams. Taip vienas paslaptingiausių kvantinės mechanikos reiškinių buvo pritaikytas sunkiausioms ir trumpiausiai gyvuojančioms kada nors tirtoms dalelėms. Šie rezultatai, 2026 m. rugsėjo 11 d. paskelbti žurnale „Physical Review Letters“, yra vienas didžiausios energijos kvantinio susietumo patvirtinimų mokslo istorijoje.phys+1

ATLAS kolaboracija išanalizavo protonų susidūrimų duomenis, gautus esant 13 ir 13,6 trilijono elektronvoltų energijai. Mokslininkai ieškojo retos skilimo grandinės, kai Higso bozonas suskyla į du Z bozonus, o kiekvienas iš jų vėliau suskyla į elektronų arba miuonų porą. Kadangi Z bozonai išnyksta maždaug per 3 × 10⁻²⁵ sekundės, fizikai negalėjo tiesiogiai išmatuoti jų sukinių. Vietoj to jie rekonstravo kampus, kuriais keturi susidarę leptonai skriejo per detektorių, ir taip atbuline tvarka nustatė pirminių Z bozonų kvantines būsenas.sciencealert+3

Kutritai, o ne kubitai

Skirtingai nuo viršutinių kvarkų susietumo, kurį ATLAS komanda pademonstravo 2024 m. žurnale „Nature“ paskelbtame straipsnyje, Z bozonai turi tris galimas sukinio būsenas, o ne dvi, todėl kvantinės informacijos kalba kiekvienas iš jų yra vadinamas „kutritu“. Ispanijos Teorinės fizikos instituto fizikas Juanas Antonio Aguilaras-Saavedra pažymėjo, kad „dviejų Z bozonų sukiniai yra itin stipriai susieti, kur kas labiau nei anksčiau matuotu viršutinio ir antiviršutinio kvarkų atveju“.nature+1

Jautriausias komandos atliktas testas patvirtino susietąją būseną, o ne nesusietąją alternatyvą, su 4,7 sigmos statistiniu patikimumu. Tai yra vos mažiau nei 5 sigmų riba, tradiciškai reikalinga atradimui paskelbti, tačiau pakankamai daug, kad tai būtų laikoma patikimu įrodymu.sciencealert+1

„Virtuali antis“

Atliekant masių skaičiavimus išryškėjo neįprasta detalė. Higso bozonas sveria apie 125 GeV, o kiekvieno Z bozono masė yra apie 91 GeV. Tai reiškia, kad neužtenka energijos dviem įprastiems Z bozonams atsirasti vienu metu. Bent vienas iš jų turi būti „virtualus“: trumpalaikė kvantinė fliuktuacija, kurios negalima stebėti tiesiogiai. Naujasis rezultatas rodo, kad net ir virtualus Z bozonas gali dalyvauti susietume, o tai kelia filosofinių klausimų apie tokių dalelių prigimtį.sciencealert+1

> „Jei tai vaikšto kaip antis ir kryksi kaip antis, vadinasi, tai, į ką žiūrime, turi būti antis. Šiuo atveju: virtuali antis“, sakė J. A. Aguilaras-Saavedra.sciencealert

Kvantinės mechanikos bandymai ekstremaliomis sąlygomis

Iš daugelio metų duomenų atrinkus tik apie 400 tinkamų susidūrimo atvejų, šis matavimas išplėtė ribas to, ką LHC gali išgauti iš savo rečiausių procesų. Oksfordo fizikas ir vienas iš tyrimo autorių Alanas Barras, pirmasis pasiūlęs naudoti dalelių greitintuvus kvantiniam susietumui tirti esant didelei energijai, šį atradimą pavadino „puikiu priminimu, kad tos pačios keistos kvantinės mechanikos taisyklės, kurios vieną dieną gali tapti kvantinių kompiuterių pagrindu, veikia visur gamtoje, net ir esant ekstremalioms Didžiojo hadronų priešpriešinių srautų greitintuvo energijoms“.phys+1

Šiuo metu vykdomas tiek ATLAS detektoriaus, tiek didelio šviesio LHC (angl. High-Luminosity LHC) atnaujinimas turėtų suteikti daug didesnius duomenų rinkinius. Tai atvers duris 5 sigmų ribos peržengimui ir leis dar tiksliau tirti kvantinius reiškinius.phys