Физики впервые обнаружили "жуткое" квантовое явление в фундаментальных частицах Вселенной

Физики давно предполагали, что кварки и глюоны, из которых состоят протоны, могут находится в состоянии квантовой запутанности. Кварки и глюоны являются фундаментальными частицами Вселенной. Теперь же впервые появилось прямое доказательство наличия этого странного явления внутри субатомной частицы протон, из которой, кроме нейтрона, состоят ядра атомов. Новое открытие описано в исследовании, опубликованном в журнале Reports on Progress in Physics, пишет Live Science.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Частицы в стоянии квантовой запутанности связаны между собой таким образом, что изменение одной частицы мгновенно вызывает изменение другой, даже если они разделены огромными расстояниями. Альберт Эйнштейн изначально отвергал эту идею и называл квантовую запутанность "жутким действием на расстоянии". Но более поздние исследования доказали, что странное квантовое явление все же существует.

Физики впервые обнаружили существование квантовой запутанности между кварками и глюонами внутри протонов на расстоянии в одну квадриллионную метра, что позволяет частицам обмениваться информацией по всему протону. Таким образом, новое открытие меняет представление о внутренней структуре и особенностях данной субатомной частицы.

Хотя квантовая запутанность была доказана еще в 70-х годах прошлого века, многие аспекты этого странного явления остаются относительно неизученными. Это касается и квантовой запутанности между кварками.

Дело в том, что субатомные частицы не существуют сами по себе, а вместо этого сливаются в различные комбинации частиц, известные как адроны. Часть адронов называется барионами. Такие барионы как протоны и нейтроны состоят из трех кварков, которые тесно связаны с глюонами, переносчиками сильного взаимодействия.

Когда отдельные кварки отрываются от адронов, то энергия, которую используют для их извлечения, делает эти частицы нестабильными, и превращает их в струи частиц во время процесса адронизации. Это делает задачу просеивания триллионов продуктов распада частиц для восстановления их исходного состояния невероятно сложной. Но именно это и сделали физики.

Чтобы изучить внутреннее состояние протонов, физики использовали данные, полученные во время экспериментов на Большом адронном коллайдере.После этого физики применили принцип из квантовой информатики, согласно которому энтропия системы, то есть мера того, сколько энергетических состояний может быть организовано в системе, увеличивается с квантовой запутанностью.

Ученые сравнили струи частиц с расчетами их энтропии и обнаружили, что кварки и глюоны внутри протонов, которые сталкиваются в ускорителе частиц, находятся в максимально возможном состоянии квантовой запутанности. При этом каждая частица делится максимально возможной информацией.

По словам физиков, это открытие поможет лучше понять природу фундаментальных частиц Вселенной. Например, можно получить ответ на вопрос, почему кварки и глюоны остаются заключенными внутри протонов. Также физики считают, что квантовая запутанность внутри протонов может влиять на структуру ядер атомов, но еще предстоит выяснить каким образом это происходит.

Как уже писал Фокус, Вселенная расширяется быстрее, чем могут объяснить ученые и это намекает на новую физику. Скорость расширения Вселенной сбивает с толку физиков уже несколько десятилетий. Недавнее исследование добавляет новую проблему.

Также Фокус писал о том, что астрономы обнаружили рой черных дыр, которые проносятся через Млечный Путь. В одном из шаровых звездных скоплений ученые обнаружили более сотни скрытых черных дыр звездной массы.