Po prvýkrát v histórii získali vedci priamy dôkaz, že kvarky a gluóny, základné stavebné častice protónov, existujú v kvantovo previazanom stave. Tento jav, ktorý Albert Einstein nazval „strašidelné pôsobenie na diaľku,“ znamená, že zmena v stave jednej častice okamžite ovplyvní druhú, bez ohľadu na vzdialenosť medzi nimi.

Doteraz bola kvantová previazanosť pozorovaná medzi jednotlivými kvarkami, no nový výskum odhalil tento fenomén na extrémne malej škále – približne jednej kvadrilióntine metra – priamo vo vnútri protónu. Objav, ktorý publikovali vedci v prestížnom žurnále Reports on Progress in Physics, úplne mení pohľad na dynamiku protónov. Na tému upozornil portál LiveScience.

flashmovie/freepik

Ako vysvetľuje spoluautor štúdie Zhoudunming Tu z Brookhavenského národného laboratória, tradičný pohľad na protón ako statickú zbierku kvarkov a gluónov už nestačí. „Teraz, s dôkazmi o previazanosti kvarkov a gluónov, máme oveľa komplikovanejší a dynamickejší systém.“

Ako vedci preukázali kvantovú previazanosť

Tím vedcov analyzoval dáta z dvoch špičkových časticových urýchľovačov – Veľkého hadrónového urýchľovača (LHC) a Hadron-elektrónového kruhového urýchľovača (HERA). Kvarky sú pevne spojené pomocou gluónov v štruktúrach známych ako hadróny, medzi ktoré patrí aj protón. Keď sa kvarky násilne „vytiahnu“ z hadrónov, energia použitá na ich extrakciu ich robí nestabilnými a premieňa ich na rozvetvené prúdy častíc v procese nazývanom hadronizácia.

Midjourney/Úprava redakcie

Vedci využili princípy kvantovej informatiky, konkrétne vzťah medzi previazanosťou a entropiou – mierou potenciálnych energetických stavov systému. Vyššia entropia znamená väčší zmätok v usporiadaní častíc, ktorý vedci dokázali porovnať s predpovedanými modelmi. Tento prístup odhalil maximálnu previazanosť medzi kvarkami a gluónmi vo vnútri protónov.

Podľa vedcov bolo možné túto previazanosť „vidieť“ cez distribúciu častíc: „Entropia je často spojená s neistotou v informáciách, zatiaľ čo previazanosť vedie k zdieľaniu informácií medzi stranami. Tieto dva koncepty sú v kvantovej mechanike úzko prepojené,“ objasňuje Tu.

Objav kvantovej previazanosti v protónoch otvára nové možnosti skúmania základných častíc a ich správania. Vedci plánujú ďalšie experimenty, napríklad využitie nového Elektrón-ionového urýchľovača (EIC), ktorý by mal byť dostupný o desať rokov. Cieľom je zistiť, ako sa previazanosť mení, keď sú protóny súčasťou atómových jadier.

„Jadrá sú tvorené protónmi a neutrónmi, takže prirodzene vyvstáva otázka, čo previazanosť robí so štruktúrou jadra,“ dodáva Tu.

Čítajte viac z kategórie: Novinky