I fisici sono stati testimoni dello strano fenomeno quantistico dell’entanglement nelle coppie di quark che si forma quando i nuclei di idrogeno si scontrano a velocità incredibile nell’acceleratore di particelle LHC.

È possibile che due particelle quantistiche abbiano un legame speciale, tale che lo stato di una particella non può essere visto separatamente dallo stato dell’altra. Finora, questo cosiddetto entanglement è stato osservato principalmente in accurati esperimenti condotti in un ambiente ben controllato, solitamente freddo.

Ora, i fisici hanno osservato l’entanglement quantistico con l’acceleratore di particelle LHC presso l’Istituto di fisica del CERN di Ginevra, dove le cose stanno diventando ancora più complicate. I nuclei di idrogeno si scontrano tra loro quasi alla velocità della luce, esplodendo in un’esplosione di nuove particelle. I fisici hanno ora dimostrato che in questa repulsione delle particelle può verificarsi un entanglement quantistico tra coppie di particelle subatomiche: i quark. Essi risultati Presentato in una rivista di settore natura.

Grave intreccio

Nell’entanglement quantistico, le particelle sono collegate tra loro in un modo speciale e intrinseco, nel senso che condividono proprietà. Ad esempio, se misuri la rotazione in senso orario di una particella, saprai immediatamente che l’altra particella è in senso antiorario. Questa connessione continua, non importa quanto siano distanti.

Questo entanglement quantistico è stato osservato in varie particelle, da particelle di luce ed elettroni a minuscoli tamburi meccanici. Ma dimostrarlo usando i quark è molto più difficile. Queste particelle costituiscono gli elementi costitutivi dei protoni e dei neutroni, che costituiscono i nuclei atomici. I quark sono sempre legati insieme. Non incontrerai mai un quark sciolto. Ciò rende difficile dimostrare l’entanglement.

Ecco perché i fisici si sono rivolti all’LHC nelle loro ricerche. Nelle collisioni di particelle all’LHC, a volte vengono create, per brevissimo tempo, coppie di quark che si muovono indipendentemente nello spazio.

Particelle di detriti

I ricercatori hanno cercato l’entanglement quantistico tra il quark top e la sua controparte di antimateria, l’antiquark top. I quark top sono le particelle subatomiche indivisibili più pesanti. Ciò significa che decadono molto rapidamente in altre particelle, spesso prima che abbiano la possibilità di fondersi con altri quark.

Il fatto che i quark top decadano così rapidamente sembra scomodo, ma in realtà salva questa misurazione. Una volta che i quark si fondono, non è più possibile dire se sono legati o meno a un’altra particella. Quindi perdono l’informazione quantistica che li collegava al loro partner entanglement.

Ma quando un quark decade in altre particelle, conferisce a quelle particelle le proprietà quantistiche che avevano prima. Misurando le proprietà di questi frammenti di quark top e anti-quark top, i ricercatori possono calcolare le proprietà dei quark. Da ciò si può dedurre se le due proprietà erano precedentemente condivise e quindi intrecciate.

I ricercatori hanno utilizzato due diversi rilevatori LHC (ATLAS e CMS) per analizzare quasi un milione di osservazioni di detriti che sembrano provenire da coppie di quark top. Hanno così confermato che l’entanglement avviene anche con i quark top, anche alle energie estremamente elevate e al caos derivante dalle collisioni di particelle all’LHC.

previsto

Tutti presumevano che l’entanglement si sarebbe verificato con i quark. “L’osservazione non è inaspettata, anzi, sarebbe stata una grande sorpresa scoprire che le coppie non erano intrecciate. Martin Henczynski Dall’Università Americana di Puebla in Messico accompagnato da Notizie e opinionicondizione In natura. “Ma osservare l’entanglement a energie così elevate è un risultato straordinario, soprattutto perché è stato scoperto in una coppia di quark, le particelle fondamentali che compongono tutti i nuclei atomici”.

“Questa analisi non solo conferma le nostre aspettative, ma apre anche nuovi orizzonti per lo studio dell’entanglement quantistico nella fisica delle particelle ad alta energia”. Dice fisico Clara Nelstdi Nykhev ad Amsterdam, che ha partecipato alla ricerca in qualità di sub-coordinatore.