Forskerne ved CERN har lykkes i å observere kvantesammenfiltring mellom «toppkvarker» og ved de høyeste energiene. Dette ble først rapportert i september 2023 og siden bekreftet av en første og andre observasjon. Parene med "toppkvarker" produsert ved Large Hadron Collider (LHC) ble brukt som et nytt system for å studere sammenfiltring.
"Toppkvarkene" er de tyngste fundamentale partiklene. De forfaller raskt og overfører spinnet til dets forfallspartikler. Toppkvarkens spinnorientering er utledet fra observasjonen av forfallsprodukter.
Forskerteamet observerte kvantesammenfiltring mellom en "toppkvark" og dens antimaterie-motstykke ved en energi på 13 teraelektronvolt (1 TeV=10)12 eV). Dette er den første observasjonen av sammenfiltring i et par kvarker (toppkvark og antitoppkvark) og den høyeste energiobservasjonen av sammenfiltring så langt.
Kvantesammenfiltring ved høye energier har stort sett forblitt uutforsket. Denne utviklingen baner vei for nye studier.
I kvantesammenfiltrede partikler er tilstanden til en partikkel avhengig av andre uavhengig av avstand og mediet som skiller dem. Kvantetilstanden til en partikkel kan ikke beskrives uavhengig av tilstanden til de andre i gruppen av sammenfiltrede partikler. Enhver endring i en påvirker andre. For eksempel er et elektron- og positronpar som stammer fra forfall av et pi-meson sammenfiltret. Spinnene deres må summere seg til spinnet til pi-mesonen, og ved å vite spinn til en partikkel vet vi om spinn til den andre partikkelen.
I 2022 ble Nobelprisen i fysikk tildelt Alain Aspect, John F. Clauser og Anton Zeilinger for eksperimenter med sammenfiltrede fotoner.
Kvanteforviklinger har blitt observert i en lang rekke systemer. Den har funnet applikasjoner innen kryptografi, metrologi, kvanteinformasjon og kvanteberegning.
***
Referanser:
- CERN. Pressemelding – LHC-eksperimenter ved CERN observerer kvanteforviklinger med den høyeste energien til nå. Publisert 18. september 2024. Tilgjengelig på https://home.cern/news/press-release/physics/lhc-experiments-cern-observe-quantum-entanglement-highest-energy-yet
- ATLAS-samarbeidet. Observasjon av kvantesammenfiltring med toppkvarker ved ATLAS-detektoren. Nature 633, 542–547 (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07824-z
***
| GRUNNLEGGENDE PARTIKLER – En rask titt |
| Fundamentale partikler klassifiseres i fermioner og bosoner basert på spinn. |
| [EN]. FERMIONER har spinn i odde halve heltallsverdier (½, 3/2, 5/2, ….). Disse er materiepartikler som består av alle kvarker og leptoner. – følg Fermi–Dirac-statistikken, – har et halvt oddetallsspinn – følge Pauli-eksklusjonsprinsippet, dvs. to identiske fermioner kan ikke okkupere samme kvantetilstand eller samme plassering i rommet med samme kvantenummer. De kan ikke begge spinne i samme retning, men de kan spinne i motsatt retning  Fermionene inkluderer alle kvarker og leptoner, og alle sammensatte partikler laget av et oddetall av disse. - Quarks = seks kvarker (opp, ned, merkelig, sjarm, bunn- og toppkvarker). – Kombiner for å danne hadroner som protoner og nøytroner. – Kan ikke observeres utenfor hadroner. – Leptoner = elektroner + myoner + tau + nøytrino + myonnøytrino + tau nøytrino. – 'Elektroner', 'oppkvarker' og 'nedkvarker' de tre mest grunnleggende bestanddelene av alt i universet. – Protoner og nøytroner er ikke grunnleggende, men består av "oppkvarker" og "nedkvarker" er derfor komposittpartikler. Protoner og nøytroner er hver laget av tre kvarker - et proton består av to "opp" kvarker og en "ned" kvarker, mens et nøytron inneholder to "ned" og en "opp." «Opp» og «ned» er to «Smaker» eller varianter av kvarker. - Baryoner er sammensatte fermioner laget av tre kvarker, f.eks. er protoner og nøytroner baryoner - hadroner er bare sammensatt av kvarker, for eksempel er baryoner hadroner. |
| [B]. BOSONER har spinn i heltallsverdier (0, 1, 2, 3, ….) – Bosons følger Bose-Einstein-statistikken; har heltallsspinn. – oppkalt etter Satyendra Nath Bose (1894–1974), som sammen med Einstein utviklet hovedideene bak den statistiske termodynamikken til en bosongass. – ikke adlyd Pauli-eksklusjonsprinsippet, dvs. to identiske bosoner kan okkupere samme kvantetilstand eller samme plassering i rommet med samme kvantenummer. De kan begge snurre i samme retning, – Elementære bosoner er fotonet, gluonet, Z-bosonet, W-bosonet og Higgs-bosonet. Higgs boson har spin=0 mens gauge bosonene (dvs. foton, gluon, Z boson og W boson) har spin=1. – Sammensatte partikler kan være bosoner eller fermioner avhengig av deres bestanddeler. – Alle komposittpartikler som består av et partall av fermioner er et boson (fordi bosoner har heltallsspinn og fermioner har et oddetallsspinn). – Alle mesoner er bosoner (fordi alle mesons er laget av like mange kvarker og antikvarker). Stabile kjerner med jevne massetall er bosoner, f.eks. deuterium, helium-4, karbon -12 osv. – De sammensatte bosonene følger heller ikke Paulis eksklusjonsprinsipp. – Flere bosoner i samme kvantetilstand smelter sammen for å danne "Bose-Einstein kondensat (BEC).» |
***
