Os pesquisadores do CMS observam o emaranhamento quântico em pares de quarks -antiquarks, revelando novas idéias sobre o comportamento quântico nas menores escalas
Vista dentro de um colisor. (Cortesia: Istock/Dant)
O emaranhamento quântico é um fenômeno fascinante no qual os estados de duas partículas ficam intrinsecamente ligados, de modo que uma mudança no estado de uma partícula afeta instantaneamente a outra, independentemente da distância entre eles. Essa conexão não native leva a efeitos notáveis, incluindo a capacidade de influenciar uma partícula manipulando seu parceiro emaranhado. Famosamente, Einstein se referiu ao emaranhado quântico como “ação assustadora à distância”. Até agora, o emaranhado period observado em sistemas envolvendo átomos, elétrons e fótons.
Pesquisadores da colaboração do CMS no CERN usaram dados coletados em 2016 no Massive Hadron Collider (LHC) para investigar o emaranhamento quântico em pares de quark -antiquarks. Nessas experiências, os prótons foram colididos com energias extremamente altas (13 Tev), que, como previsto pela cromodinâmica quântica, podem levar à produção de pares de quarks superiores. O quark superior é a partícula basic mais pesada conhecida, e tanto ele quanto sua decaimento de contrapartes antiquark quase instantaneamente após ser produzido.
Neste estudo, o CMS se concentrou em eventos em que dois leptons (como elétrons ou muons) foram detectados com cargas opostas e alto momento. Esses leptons se originam da deterioração do quark e do antiquark superior e carregam informações sobre suas partículas pais, incluindo sua rotação. Para investigar o emaranhamento, os pesquisadores usaram um observável chamado D, que quantifica a correlação entre os rotações do quark e antiquark superior. Um valor de d <-1/3 serve como uma assinatura clara de emaranhamento quântico. O resultado do CMS reside mais de cinco desvios padrão abaixo desse limite, estabelecendo a observação do emaranhamento nos pares de quark-antiquarks. Isso oferece informações valiosas sobre o comportamento dos sistemas quânticos sob condições de energia extrema.
A colaboração do Atlas relatou anteriormente a primeira observação de emaranhamento. Essa medição foi realizada no nível de partículas estáveis, reconstruídas após a hadronização. Por outro lado, a medição do CMS foi realizada no nível de Parton, que se refere ao comportamento dos blocos de construção originais de partículas (quarks e glúons) antes que eles formem partículas compostas. Essa abordagem fornece uma visão complementar do estado quântico.
Esse trabalho inovador não apenas confirma que a mecânica quântica é verdadeira nas energias mais altas e nas escalas de tempo mais curtas, revelando o emaranhamento na produção das partículas fundamentais mais pesadas, mas também estabelece coletores de partículas como o LHC como plataformas poderosas para explorar a ciência da informação quântica.
