החוקרים ב-CERN הצליחו לצפות בהסתבכות קוונטית בין "קווארקים עליונים" ובאנרגיות הגבוהות ביותר. זה דווח לראשונה בספטמבר 2023 ומאז אושר על ידי תצפית ראשונה ושנייה. זוגות ה"קווארקים העליונים" שהופקו במאיץ ההדרונים הגדול (LHC) שימשו כמערכת חדשה לחקר הסתבכות.
"הקווארקים העליונים" הם חלקיקי היסוד הכבדים ביותר. הם מתפוררים במהירות ומעבירים את הספין שלו לחלקיקי הריקבון שלו. כיוון הספין של הקווארק העליון נגזר מהתבוננות במוצרי ריקבון.
צוות המחקר צפה בהסתבכות קוונטית בין "קווארק עליון" לבין מקבילו האנטי-חומר באנרגיה של 13 טרה-אלקטרון-וולט (1 TeV=1012 eV). זוהי התצפית הראשונה של הסתבכות בזוג קווארקים (קווארק עליון וקווארק אנטי-טופ) והתצפית בעלת האנרגיה הגבוהה ביותר של הסתבכות עד כה.
הסתבכות קוונטית באנרגיות גבוהות נותרה ברובה בלתי נחקרה. התפתחות זו סוללת את הדרך למחקרים חדשים.
בחלקיקים סבוכים קוונטיים, מצבו של חלקיק אחד תלוי באחרים ללא קשר למרחק ולמדיום המפריד ביניהם. לא ניתן לתאר את המצב הקוונטי של חלקיק אחד ללא תלות במצבם של האחרים בקבוצת החלקיקים המסובכים. כל שינוי באחד, משפיע על אחרים. לדוגמה, זוג אלקטרון ופוזיטרון שמקורו בדעיכה של מסון pi מסתבכים. הספינים שלהם חייבים להסתכם בספין של ה-pi meson ולכן על ידי ידיעת ספין של חלקיק אחד, אנחנו יודעים על הספין של החלקיק השני.
בשנת 2022, הוענק פרס נובל לפיזיקה לאלן אספקט, ג'ון פ. קלוזר ואנטון זיילינגר על ניסויים בפוטונים סבוכים.
הסתבכות קוונטית נצפתה במגוון רחב של מערכות. הוא מצא יישומים בקריפטוגרפיה, מטרולוגיה, מידע קוונטי וחישוב קוונטי.
***
הפניות:
- CERN. הודעה לעיתונות - ניסויי LHC ב-CERN צופים בהסתבכות קוונטית באנרגיה הגבוהה ביותר עד כה. פורסם ב-18 בספטמבר 2024. זמין ב https://home.cern/news/press-release/physics/lhc-experiments-cern-observe-quantum-entanglement-highest-energy-yet
- שיתוף הפעולה של ATLAS. תצפית על הסתבכות קוונטית עם קווארקים עליונים בגלאי ATLAS. טבע 633, 542–547 (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07824-z
***
| חלקיקים יסודיים - מבט מהיר |
| חלקיקים בסיסיים מסווגים לפרמיונים ובוזונים על סמך ספין. |
| [א]. ל-FERMION יש ספין בערכי חצי שלם אי-זוגיים (½, 3/2, 5/2, ….). אלו הם חלקיקי חומר המורכב מכל הקווארקים והלפטונים. - עקבו אחר סטטיסטיקות פרמי-דיראק, - יש ספין חצי אי זוגי של מספר שלם - לציית לעקרון ההדרה של פאולי, כלומר, שני פרמיונים זהים אינם יכולים לתפוס את אותו מצב קוונטי או אותו מיקום בחלל עם אותו מספר קוונטי. שניהם לא יכולים להסתובב באותו כיוון, אבל הם יכולים להסתובב בכיוון ההפוך  הפרמיונים כוללים את כל הקווארקים והלפטונים, ואת כל החלקיקים המרוכבים העשויים ממספר אי זוגי של אלה. - קווארקס = שישה קווארקים (למעלה, למטה, מוזר, קסם, קווארקים תחתונים ועליונים). - חברו ליצירת האדרונים כמו פרוטונים וניוטרונים. - לא ניתן לצפות מחוץ להדרונים. – לפטון = אלקטרונים + מיואונים + טאו + ניטרינו + ניטרינו מיאון + ניטרינו טאו. – 'אלקטרונים', 'למעלה קווארקים' ו'למטה קווארקים' שלושת המרכיבים הבסיסיים ביותר של כל דבר ביקום. - פרוטונים וניטרונים אינם בסיסיים אלא מורכבים מ'קווארקים למעלה' ו'קווארקים למטה' ולכן הם חלקיקים מרוכבים. פרוטונים וניוטרונים עשויים כל אחד משלושה קווארקים - פרוטון מורכב משני קווארקים "למעלה" וקווארק "למטה" אחד ואילו נויטרון מכיל שניים" למטה" ואחד "למעלה". "מעלה" ו"למטה" הם שני "טעמים", או זנים, של קווארקים. - בריונים הם פרמיונים מרוכבים העשויים משלושה קווארקים, למשל, פרוטונים וניוטרונים הם בריונים - הדרונים מורכבים מקווארקים בלבד, למשל, בריונים הם האדרונים. |
| [ב]. לבוזונים יש ספין בערכי מספר שלמים (0, 1, 2, 3, ….) - בוזונים עוקבים אחר סטטיסטיקות Bose-Instein; בעלי ספין שלמים. – על שם סאטנדרה נאת' בוזה (1894–1974), שיחד עם איינשטיין פיתח את הרעיונות העיקריים מאחורי התרמודינמיקה הסטטיסטית של גז בוזון. - אין לציית לעקרון ההדרה של פאולי, כלומר, שני בוזונים זהים יכולים לתפוס אותו מצב קוונטי או אותו מיקום במרחב עם אותו מספר קוונטי. שניהם יכולים להסתובב באותו כיוון, – בוזונים יסודיים הם הפוטון, הגלואון, בוזון Z, בוזון W ובוזון היגס. לבוזון היגס יש ספין=0 ואילו לבוזוני המדיד (כלומר, פוטון, גלואון, בוזון Z ובוזון W) יש ספין=1. - חלקיקים מרוכבים יכולים להיות בוזונים או פרמיונים בהתאם למרכיביהם. - כל החלקיקים המרוכבים המורכבים ממספר זוגי של פרמיונים הם בוזון (מכיוון לבוזונים יש ספין שלמים ולפרמיונים יש ספין אי-זוגי של חצי מספר שלם). - כל המזונים הם בוזונים (כי כל ה-mesons עשויים ממספר שווה של קווארקים ואנטי-קווארקים). גרעינים יציבים בעלי מסה זוגית הם בוזונים למשל, דאוטריום, הליום-4, פחמן -12 וכו'. – הבוזונים המרוכבים גם אינם מצייתים לעקרון ההדרה של פאולי. - מספר בוזונים באותו מצב קוונטי מתלכדים ליצירת "קונדנסט Bose-Instein (BEC)." |
***
