Жуткую квантовую запутанность обнаружили в невероятно крошечных масштабах

Квантовая запутанность — явление, где частицы мгновенно влияют друг на друга, оставаясь связанными независимо от расстояния. Сегодня же ученые доказали, что запутанность существует даже на расстоянии одного квадриллионного метра — внутри самого протона.

Фото: Brookhaven National Laboratory by Valerie Lentz, https://creativecommons.org/public-domain/pdm/

Протон

Что такое запутанность и почему это важно?

Запутанность — квантовый феномен, который изменил представление о природе частиц. Если раньше считалось, что протоны — это простая совокупность кварков и глюонов, то новое исследование доказало: внутри протонов эти частицы связаны на уровне запутанности.

Как провели эксперименты?

Чтобы заглянуть внутрь протона, ученые исследовали данные столкновений частиц, собранные на таких установках, как Большой адронный коллайдер (LHC) и Hadron-Electron Ring Accelerator (HERA). Во время столкновений частицы разлетаются, оставляя следы, похожие на беспорядок в детской комнате. Этот "хаос" — показатель энтропии, которая указывает на степень запутанности кварков и глюонов.

"До этого никто не исследовал запутанность внутри протона на уровне высокоэнергетических данных", — отметил физик Чжодунмин Ту из лаборатории Брукхейвен.

Новая техника: что ученые увидели?

Используя метод 2017 года, исследователи измерили энтропию в струях частиц после столкновений. Они обнаружили, что кварки и глюоны внутри протонов находятся в состоянии максимальной запутанности. 

"Энтропия указывает на то, что частицы не только связаны попарно, но и образуют сложную сеть взаимодействий", — объяснил теоретик Дмитрий Харьзев.

Что изменилось в понимании протонов?

Теперь протоны воспринимаются как динамические системы, где частицы неразрывно связаны. Это открытие помогает лучше понять, что удерживает кварки и глюоны вместе и как эта связь формирует атомные ядра.

Как новые данные помогут науке?

Исследование запутанности внутри протонов может помочь решить ключевые задачи ядерной физики. Например, что происходит с запутанностью, когда протоны взаимодействуют с другими частицами в ядерной среде?

Уточнения

Прото́н (от др.-греч. πρῶτος «первый») — одна из трёх (вместе с нейтроном и электроном) элементарных частиц, из которых построено обычное вещество.

Ква́нтовая запу́танность — квантовомеханическое явление, при котором квантовые состояния двух или большего числа объектов оказываются взаимозависимыми.