درهم‌تنیدگی کوانتومی در قلب سرن: شواهد محکم از پیوند ذرات حاصل از… — @science_focus

@science_focus@science_focus · 0 subscribers Open in TelegramOpen

🔺 درهم‌تنیدگی کوانتومی در قلب سرن: شواهد محکم از پیوند ذرات حاصل از بوزون هیگز

🔹 فیزیکدانان آزمایش اتلس (ATLAS) در برخورددهنده بزرگ هادرونی، شواهد بسیار نیرومندی از وقوع درهم‌تنیدگی کوانتومی میان جفت بوزون‌های Z ثبت کرده‌اند. این ذرات حامل نیروی هسته‌ای ضعیف، از واپاشی بوزون معروف هیگز متولد شده‌اند. این آزمایش مرزهای بررسی رفتار کوانتومی را به بالاترین مقیاس انرژی رسانده و برای نخستین بار درهم‌تنیدگی را در سامانه‌ای از ذرات پیچیده موسوم به «کیوتریت» به نمایش گذاشته است.

❕ تفاوت کیوبیت و کیوتریت: چرا بوزون‌های Z خاص هستند؟
بیشتر آزمایش‌های پیشین درهم‌تنیدگی روی فوتون‌ها یا الکترون‌ها انجام می‌شد که تنها دو حالت اسپینی (بالا یا پایین) دارند و مانند یک «کیوبیت» عمل می‌کنند. اما بوزون‌های Z ذراتی با اسپین ۱ هستند و سه حالت اسپینی مختلف دارند؛ وضعیتی که در فیزیک اطلاعات کوانتومی «کیوتریت» نامیده می‌شود. از آنجا که بوزون هیگز مادر فاقد اسپین است، این دو ذره باید طوری سازمان یابند که اسپین‌هایشان یکدیگر را خنثی کند. همین موضوع باعث ایجاد یک حالت درهم‌تنیده کوانتومی سه‌حالته میان آن‌ها می‌شود.

🔹 نکته شگفت‌انگیز این فرآیند به تفاوت جرم ذرات بازمی‌گردد. جرم بوزون هیگز حدود ۱۲۵ گیگاالکترون‌ولت است، در حالی که جرم یک بوزون Z معمولی به ۹۱ گیگاالکترون‌ولت می‌رسد. تولید همزمان دو بوزون Z واقعی به ۱۸۲ گیگاالکترون‌ولت انرژی نیاز دارد که فراتر از جرم هیگز است. در نتیجه فیزیک کوانتوم این بن‌بست را با تولید یک بوزون واقعی و یک بوزون «مجازی» دور می‌زند.

❕ ذره مجازی چیست و چگونه درهم‌تنیده می‌شود؟
ذرات مجازی به لطف اصل عدم قطعیت هایزنبرگ در کسری ناملموس از ثانیه ظاهر و ناپدید می‌شوند و نمی‌توان آن‌ها را مستقیماً مانند ذرات پایدار در آشکارساز دید. این آزمایش نشان داد که حتی یک ذره مجازی با عمری فوق‌العاده گذرا نیز می‌تواند خصوصیات کوانتومی داشته باشد، در درهم‌تنیدگی شرکت کند و پیش از ناپدید شدن، برهم‌کنش‌های بنیادی جهان را هدایت نماید.

🔹 هر بوزون Z پیش از آنکه فرصتی برای اندازه‌گیری مستقیم باقی بگذارد، در مدت‌زمانی کمتر از یک تریلیاردمِ ثانیه به دو ذره باردار (مانند الکترون یا میون) واپاشی می‌شود. دانشمندان با تحلیل داده‌های بیش از یک دهه و رهگیری جهت پرتاب این ذرات نهایی در ۴۰۰ برخورد نادر، توانستند وضعیت اسپین ذرات مادر را با دقت بازسازی کنند. این داده‌ها با ضریب معناداری ۴.۷ سیگما ترجیح حالت درهم‌تنیده را نشان می‌دهند؛ عددی که بسیار نزدیک به مرز ۵ سیگما (معیار اعلام کشف قطعی در فیزیک ذرات) است و شاهدی قدرتمند بر وجود این پیوند کوانتومی به شمار می‌رود.

[منبع]
🆔 @Science_Focus
#فیزیک_کوانتوم #فیزیک_ذرات #سرن #بوزون_هیگز #درهم_تنیدگی #کوانتوم