Фізики вперше виявили "моторошне" квантове явище у фундаментальних частинках Всесвіту

Фізики давно припускали, що кварки і глюони, з яких складаються протони, можуть перебувати в стані квантової заплутаності. Кварки і глюони є фундаментальними частинками Всесвіту. Тепер же вперше з'явився прямий доказ наявності цього дивного явища всередині субатомної частинки протон, з якої, крім нейтрона, складаються ядра атомів. Нове відкриття описано в дослідженні, опублікованому в журналі Reports on Progress in Physics, пише Live Science.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Частинки в стані квантової заплутаності пов'язані між собою таким чином, що зміна однієї частинки миттєво викликає зміну іншої, навіть якщо вони розділені величезними відстанями. Альберт Ейнштейн спочатку відкидав цю ідею і називав квантову заплутаність "моторошною дією на відстані". Але пізніші дослідження довели, що дивне квантове явище все ж існує.

Фізики вперше виявили існування квантової заплутаності між кварками і глюонами всередині протонів на відстані в один квадрильйонний метр, що дає змогу частинкам обмінюватися інформацією по всьому протону. Таким чином, нове відкриття змінює уявлення про внутрішню структуру та особливості цієї субатомної частинки.

Хоча квантову заплутаність було доведено ще в 70-х роках минулого століття, багато аспектів цього дивного явища залишаються відносно невивченими. Це стосується і квантової заплутаності між кварками.

Річ у тім, що субатомні частинки не існують самі по собі, а натомість зливаються в різні комбінації частинок, відомі як адрони. Частина адронів називається баріонами. Такі баріони, як протони і нейтрони, складаються з трьох кварків, які тісно пов'язані з глюонами, переносниками сильної взаємодії.

Коли окремі кварки відриваються від адронів, то енергія, яку використовують для їхнього вилучення, робить ці частинки нестабільними, і перетворює їх на струмені частинок під час процесу адронізації. Це робить завдання просіювання трильйонів продуктів розпаду частинок для відновлення їхнього початкового стану неймовірно складним. Але саме це і зробили фізики.

Щоб вивчити внутрішній стан протонів, фізики використовували дані, отримані під час експериментів на Великому адронному колайдері, після чого фізики застосували принцип із квантової інформатики, згідно з яким ентропія системи, тобто міра того, скільки енергетичних станів може бути організовано в системі, збільшується з квантовою заплутаністю.

Науковці порівняли струмені частинок із розрахунками їхньої ентропії та виявили, що кварки та глюони всередині протонів, які стикаються в прискорювачі частинок, перебувають у максимально можливому стані квантової заплутаності. При цьому кожна частинка ділиться максимально можливою інформацією.

За словами фізиків, це відкриття допоможе краще зрозуміти природу фундаментальних частинок Всесвіту. Наприклад, можна отримати відповідь на запитання, чому кварки і глюони залишаються ув'язненими всередині протонів. Також фізики вважають, що квантова заплутаність усередині протонів може впливати на структуру ядер атомів, але ще належить з'ясувати, яким чином це відбувається.

Як уже писав Фокус, Всесвіт розширюється швидше, ніж можуть пояснити вчені і це натякає на нову фізику. Швидкість розширення Всесвіту збиває з пантелику фізиків уже кілька десятиліть. Нещодавнє дослідження додає нову проблему.

Також Фокус писав про те, що астрономи виявили рій чорних дір, які проносяться через Чумацький Шлях. В одному з кульових зоряних скупчень вчені виявили понад сотню прихованих чорних дір зоряної маси.