Исследователи из Брукхейвенской национальной лаборатории сообщили об открытии ранее неизвестного вида квантовой запутанности. В экспериментах на Релятивистском коллайдере тяжелых ионов ученые впервые наблюдали квантовую интерференцию между разнородными частицами. Это открытие поможет картировать распределение глюонов (безмассовых элементарных частиц) внутри атомного ядра.
Мы измеряем две исходящие частицы, и ясно, что их заряды разные — это разные частицы, — но мы видим интерференционные картины, которые указывают на то, что эти частицы запутаны или синхронизированы друг с другом.
Чжанбу Сюй, физик из Брукхейвенской национальной лаборатории и участник исследования
Квантовая запутанность — это явление, при котором квантовые состояния нескольких объектов оказываются взаимозависимыми. До сих пор этот эффект наблюдался только для идентичных частиц, например, двух фотонов или электронов. В своем исследовании, опубликованном в журнале Science Advances, физики показали запутанность между пионами с разными зарядами, возникающими при взаимодействии фотонов света и глюонов атомного ядра.
Взаимодействие между пионами при близком прохождении ионов золота, окруженных «облаком» фотонов внутри коллайдера. Изображение: Brookhaven National Laboratory
Через серию квантовых флуктуаций фотоны взаимодействуют с глюонами — похожими на клей частицами, которые удерживают вместе кварки внутри протонов и нейтронов ядер, объясняют ученые. В результате этих взаимодействий образуется промежуточная частица, которая быстро распадается на два пиона с разным зарядом. Измеряя скорость и углы, под которыми эти новые частицы сталкиваются с детектором, ученые могут вернуться назад, чтобы получить важную информацию о фотоне и использовать ее для определения расположения глюонов в ядре с высокой точностью.
В исследовании ученые анализировали «облака» фотонов, окружающие ускоряющиеся ионы золота, которые разгоняются в коллайдере до скоростей, близких к скорости света. Если два иона металла проходят очень близко друг к другу, не сталкиваясь, фотоны, окружающие один из них, «исследуют» внутреннюю структуру другого.
Этот метод похож на то, как врачи используют позитронно-эмиссионную томографию (ПЭТ-сканирование), чтобы увидеть, что происходит внутри мозга и других частей тела. Но в данном случае мы говорим о картировании объектов в масштабе фемтометров — квадриллионных долей метра — размера отдельного протона.
Джеймс Дэниел Бранденбург, физик из университета штата Огайо и участник исследования
