Pozorovanie kvantového previazania v top kvarkových pároch

Členovia vedeckej košickej skupiny ATLAS z Ústavu experimentálnej fyziky SAV, v. v. i., sa v roku 2023 výrazne podieľali na výskume efektu kvantového previazania páru top kvarkov v protónovo-protónových zrážkach experimentu ATLAS, LHC CERN*, postupne zaznamenaných medzi rokmi 2015 až 2018 pri energii 13 TeV. Ide o prvé pozorovanie kvantového prepojenia medzi dvojicou top a antitop kvarku pri ultrarelativistických energiách.

Na štúdium daného javu bol vybraný kanál rozpadu, obsahujúci dva nabité leptóny, elementárne častice, ktoré nemajú schopnosť silnej interakcie.

Toto meranie ponúka nové možnosti využitia urýchľovača LHC na študovanie kvantových informácií a ďalších problémov kvantovej mechaniky. Jedinečnosť a dôležitosť tohto merania podporuje aj skutočnosť, že sa kolaborácia ATLAS rozhodla tento objav publikovať v časopise Nature, kde kolaborácia doteraz uverejnila iba jeden článok.

Štandardný model elementárnych častíc obsahuje šesť kvarkov, ktoré majú schopnosť silnej (jadrovej) interakcie. V protónovo-protónových zrážkach sa top kvarky produkujú prevažne v páre s antitop kvarkom. Top kvark je extrémne ťažký a nestabilný a rozpadá sa skôr, ako stihne vytvárať viazané stavy s ostatnými kvarkami.  Vlastnosti top kvarku preto možno študovať iba prostredníctvom rozpadových produktov, ktoré zachovávajú jeho vlastnosti.

Dvojica častíc je kvantovo previazaná, ak kvantový stav jednej častice nie je možné popísať nezávisle od kvantového stavu druhej častice. Hoci je jav kvantového prepojenia známy a meral sa pri malých nerelativistických energiách, problém je vysoko aktuálny. Nobelovu cenu v roku 2022 udelili práve pre tuto oblasť výskumu. V prípade pozorovania daného efektu vedcami ÚEF SAV znamená jedinečný výsledok – prvýkrát  bol jav potvrdený v silnej interakcii.

*ATLAS je jedným z dvoch detektorov na všeobecné účely vo Veľkom hadrónovom urýchľovači , LHC. Skúma širokú škálu fyzikálnych javov, od Higgsovho bozónu až po ďalšie rozmery a častice, ktoré by mohli tvoriť tmavú hmotu.

 

Prevzaté z Aktuality SAV