Famózní srážeč těžkých iontů RHIC hlásí objev nového typu entanglementu  
Vědci týmu STAR Collaboration zkoumali interakce kolem iontů zlata, řítících se ultrarelativistickou rychlostí v newyorském srážeči RHIC. Narazili na doposud neznámý typ kvantového entanglementu mezi fotony a gluony uvnitř míjejících se iontů zlata, tedy mezi nestejnými částicemi.
Detektor STAR na srážeči RHIC. Kredit: Brookhaven National Laboratory.
Detektor STAR na srážeči RHIC. Kredit: Brookhaven National Laboratory.

Tak jako má Evropa úžasný srážeč LHC, který je nepřekonatelný v energii svazku i v délce jeho dráhy, v Americe pracuje RHIC, tedy Relativistic Heavy Ion Collider, který drží druhou příčku. Sídlí v New Yorku v Brookhaven National Laborator a spolu s LHC to jsou jediné dva urychlovače, které mohou srazit těžké ionty. V případě RHIC jde o zlato a měď, takže je to jako zhmotnělý sen alchymistů.

 

Fyzici teď našli nový způsob jak RHIC, který sráží částice a ionty od roku 2000, využít. Tato metoda úzce souvisí s fotony, které sviští kolem urychlovaných iontů zlata a s doposud nevídaným typem entanglementu. Jak zjistili badatelé týmu STAR Collaboration, tyto fotony interagují prostřednictvím kvantových fluktuací s gluony, tedy elementárními částicemi, které zprostředkovávají silnou interakci mezi kvarky.

 

James Daniel Brandenburg a Zhangbu Xu uvnitř detektoru STAR. Kredit: Brookhaven National Laboratory.
James Daniel Brandenburg a Zhangbu Xu uvnitř detektoru STAR. Kredit: Brookhaven National Laboratory.

Když se míjejí dva ionty zlata, letící ultrarelativistickou rychlostí, ve vzdálenosti několika průměrů atomů, může foton související s jedním z iontů interagovat s gluony druhého jádra díky páru virtuálního kvarku a antikvarku. V důsledku této interakce vzniká krátkověký vektorový mezon (tj. mezon se spinem s=1), který se téměř ihned rozpadá na dva opačně nabité piony (tj. pí mezony, což jsou skalární mezony se spinem s=0).

 

Hrátky s piony. Kredit: Brookhaven National Laboratory.
Hrátky s piony. Kredit: Brookhaven National Laboratory.

Takto vytvořené piony na srážeči RHIC detekoval impozantní detektor STAR. Když badatelé změřili parametry pionů a jejich dráhy, získali informace o fotonu, který se účastnil studované interakce. Díky následné analýze nakonec zmapovali rozložení gluonů v iontu zlata s větší přesností, než kdy dřív. Jak trefně upozorňuje James Daniel Brandenburg ze STAR Collaboration, jde o postup, který je vlastně podobný medicínskému snímkování pozitronovou emisní tomografií (PET). V tomto případě ale fyzici mapují struktury na škále femtometrů, čili zhruba ve velikosti jednotlivých protonů.

 

Další člen STAR Collaboration Zhangbu Xu k tomu dodává, že jako pozoruhodný bonus se ukázalo, že pozorované dvojice opačně nabitých pionů vykazují zvláštní interference, které odpovídají tomu, že piony jsou kvantově entanglované. A právě kvantové provázání podle všeho umožnilo zmíněná měření. Podle Brandenburga jde o vůbec první experimentální pozorování kvantového entanglementu mezi nestejnými částicemi.

 

Výzkum by mohl mít zajímavé důsledky, které sahají daleko za mapování uspořádání gluonů v atomovém jádru. Poptávka po využití kvantového entanglementu je velká, ale entanglement jsme doposud pozorovali většinou jen mezi fotony nebo mezi elektrony, tedy stejnými částicemi.

 

Video: RHIC Virtual tour

 

Literatura

Brookhaven National Laboratory 4. 1. 2023.

Science Advances online 4. 1. 2023.

Datum: 06.01.2023
Tisk článku

Související články:

Kvantová mechanika na vlastní oči: Entanglement objektů o šířce vlasu!     Autor: Stanislav Mihulka (27.04.2018)
Fyzici pořídili úplně první snímek kvantového entanglementu     Autor: Stanislav Mihulka (13.07.2019)
Rekordní kvantový entanglement spojil dva atomy na vzdálenost 33 kilometrů     Autor: Stanislav Mihulka (11.07.2022)



Diskuze:

Velké objevy čekají kdesi za dveřmi

Václav Dvořák,2023-01-08 02:22:22

- tak nějak tuším, že se tímto dostali na práh něčeho mnohem většího.

Odpovědět


Re: Velké objevy čekají kdesi za dveřmi

Jirka Naxera,2023-01-11 19:26:17

Vřele si přeji, abyste měl pravdu, naděje tu je a dost silná.

Smutným faktem je, že po počátečním nadšení ze spuštění LHC a objevu Higgse je průlomových objevů jako šafránu (ano, spousta objevů je velmi důležitých a zajímavých, i negativních objevů které ocení málokdo, ale za průlom je prostě označit nejde) a jak roste luminosita a zlepšuje se zpracování výsledků, naopak to vypadá, že zajímavé věci (3 sigmy a více od SM) postupně jedna po druhé anomálii mizí. Navíc objev Higgse a spol. dost zastínil druhou část výzkumu se srážkama těžkých iontů (o čemž, teda na jiném urychlovači, je i článek). A že, na rozdíl od p-p srážek, které jsou celkem relativně dobře teoreticky pochopené, říkají i samo vědci, že alespoň z prvních principů to, co se děje při srážce iontů (neboli výpočty silně vázaných QCD systémů) "is not well understood", takže prostoru pro experimentální překvapení je hodně.
Hodně se těším, až k tomu něco napíše někdo z urychlovačových bloggerů, případně z čím přijde "konkurence" z LHC

Odpovědět


Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce








Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace