Քվանտային խճճվածություն «Լավագույն քվարկների» միջև դիտարկված ամենաբարձր էներգիաներում  

CERN-ի հետազոտողներին հաջողվել է դիտարկել քվանտային խճճվածությունը «վերին քվարկների» և ամենաբարձր էներգիաների միջև: Սա առաջին անգամ զեկուցվել է 2023 թվականի սեպտեմբերին և դրանից հետո հաստատվել է առաջին և երկրորդ դիտարկմամբ: Մեծ հադրոնային կոլայդերում (LHC) արտադրված «վերին քվարկների» զույգերը օգտագործվել են որպես խճճվածությունը ուսումնասիրելու նոր համակարգ։ 

«Վերին քվարկները» ամենածանր հիմնարար մասնիկներն են: Նրանք արագ քայքայվում են՝ փոխանցելով իր պտույտը իր քայքայվող մասնիկներին: Վերին քվարկի սպինի կողմնորոշումը ենթադրվում է քայքայման արտադրանքի դիտարկումից:  

Հետազոտողների թիմը դիտարկել է քվանտային խճճվածություն «վերին քվարկի» և նրա հակամատերային նմանակի միջև՝ 13 տերաէլեկտրոնվոլտ էներգիայով (1 TeV=10):¹²  eV): Սա խճճվածության առաջին դիտարկումն է զույգ քվարկներում (վերին քվարկ և հակատոպ քվարկ) և մինչ այժմ խճճվածության ամենաբարձր էներգիայի դիտարկումը: 

Բարձր էներգիաների քվանտային խճճվածությունը հիմնականում մնացել է չուսումնասիրված: Այս զարգացումը ճանապարհ է բացում նոր ուսումնասիրությունների համար։  

Քվանտային խճճված մասնիկների մեջ մի մասնիկի վիճակը կախված է մյուսներից՝ անկախ հեռավորությունից և դրանք բաժանող միջավայրից: Մի մասնիկի քվանտային վիճակը չի կարելի նկարագրել խճճված մասնիկների խմբի մյուսների վիճակից անկախ։ Մեկի ցանկացած փոփոխություն ազդում է մյուսների վրա: Օրինակ, էլեկտրոնների և պոզիտրոնների զույգերը, որոնք առաջանում են pi meson-ի քայքայումից, խճճված են: Նրանց սպինները պետք է գումարվեն pi meson-ի սպինին, հետևաբար, իմանալով մի մասնիկի սպինը, մենք գիտենք մյուս մասնիկի սպինի մասին:  

2022 թվականին ֆիզիկայի Նոբելյան մրցանակը շնորհվել է Ալեն Ասպեկտին, Ջոն Ֆ. Կլաուզերին և Անտոն Զեյլինգերին՝ խճճված ֆոտոններով փորձերի համար։ 

Քվանտային խճճվածությունը նկատվել է համակարգերի լայն տեսականիում: Այն կիրառություն է գտել գաղտնագրության, չափագիտության, քվանտային տեղեկատվության և քվանտային հաշվարկների մեջ: 

*** 

Հիշատակում:  

1. ՑԵՌՆ. Մամուլի հաղորդագրություն – LHC-ի փորձերը CERN-ում դիտարկել են քվանտային խճճվածությունը մինչ այժմ ամենաբարձր էներգիայով: Հրատարակված է 18 թվականի սեպտեմբերի 2024-ին։ Հասանելի է https://home.cern/news/press-release/physics/lhc-experiments-cern-observe-quantum-entanglement-highest-energy-yet  

2. ATLAS համագործակցություն. Վերին քվարկների հետ քվանտային խճճվածության դիտարկում ATLAS դետեկտորում: Nature 633, 542–547 (2024): https://doi.org/10.1038/s41586-024-07824-z 

*** 

ՀԻՄՆԱԿԱՆ ՄԱՍՆԻԿՆԵՐ  - Արագ հայացք

Հիմնական մասնիկները դասակարգվում են Ֆերմիոնների և Բոզոնների՝ հիմնվելով սպինի վրա։

[Ա] ՖԵՐՄԻՈՆՆԵՐԸ պտտվում են կենտ կես ամբողջ թվով (½, 3/2, 5/2, ….): Սրանք են նյութի մասնիկներ բաղկացած է բոլոր քվարկներից և լեպտոններից:   - հետևեք Fermi-Dirac վիճակագրությանը,   – ունեն կես կենտ-ամբողջ թվով պտույտ   - հնազանդվեք Պաուլիի բացառման սկզբունքին, այսինքն՝ երկու միանման ֆերմիոններ չեն կարող զբաղեցնել նույն քվանտային վիճակը կամ նույն տեղը տարածության մեջ՝ նույն քվանտային թվով: Նրանք երկուսն էլ չեն կարող պտտվել նույն ուղղությամբ, բայց կարող են պտտվել հակառակ ուղղությամբ   Ֆերմիոնները ներառում են բոլոր քվարկներն ու լեպտոնները, ինչպես նաև դրանցից կենտ թվով կազմված բոլոր բաղադրյալ մասնիկները։  - Քվարկներ = վեց քվարկ (վերև, ներքև, տարօրինակ, հմայքը, ստորին և վերին քվարկները):  – Միավորել՝ առաջացնելով հադրոններ, ինչպիսիք են պրոտոնները և նեյտրոնները: – Հնարավոր չէ դիտարկել հադրոններից դուրս:   – Լեպտոններ = էլեկտրոններ + մյուոններ + տաու + նեյտրինո + մյուոն նեյտրինո + տաու նեյտրինո:    – «Էլեկտրոններ», «վերև քվարկներ» և «ներքև քվարկներ»՝ տիեզերքի ամեն ինչի երեք ամենահիմնական բաղադրիչները:   - Պրոտոնները և նեյտրոնները հիմնարար չեն, բայց կազմված են «վերև քվարկներից» և «ներքև քվարկներից», հետևաբար՝ կոմպոզիտային մասնիկներ. Պրոտոններն ու նեյտրոնները յուրաքանչյուրը կազմված են երեք քվարկներից. պրոտոնը բաղկացած է երկու «վերև» քվարկներից և մեկ «ներքև» քվարկներից, մինչդեռ նեյտրոնը պարունակում է երկու «ներքև» և մեկ «վերև»: «Վերև» և «ներքև» քվարկների երկու «բուրմունք» կամ տարատեսակներ են:  - Բարիոններ երեք քվարկներից կազմված կոմպոզիտային ֆերմիոններ են, օրինակ՝ պրոտոնները և նեյտրոնները բարիոններ են  - Հադրոններ կազմված են միայն քվարկներից, օրինակ՝ բարիոնները հադրոններ են։

[B]. ԲՈԶՈՆՆԵՐՆ ունեն սպին ամբողջ թվերով (0, 1, 2, 3,….)   – Բոզոնները հետևում են Bose-Einstein վիճակագրությանը. ունեն ամբողջ թվի սպին:   - անունով Սաթիենդրա Նաթ Բոզե (1894–1974), ով Էյնշտեյնի հետ միասին մշակել է բոզոնի գազի վիճակագրական թերմոդինամիկայի հիմքում ընկած հիմնական գաղափարները։   - մի հնազանդվեք Պաուլիի բացառման սկզբունքին, այսինքն՝ երկու միանման բոզոնները կարող են զբաղեցնել նույն քվանտային վիճակը կամ նույն տեղը տարածության մեջ՝ նույն քվանտային թվով: Նրանք երկուսն էլ կարող են պտտվել նույն ուղղությամբ,   - Տարրական բոզոններն են ֆոտոնը, գլյուոնը, Z բոզոնը, W բոզոնը և Հիգսի բոզոնը: Հիգսի բոզոնն ունի սպին=0, իսկ չափիչ բոզոնները (այսինքն՝ ֆոտոնը, գլյուոնը, Z բոզոնը և W բոզոնը) ունեն սպին=1։

[C] Կոմպոզիտային մասնիկներ – Կոմպոզիտային մասնիկները կարող են լինել բոզոններ կամ ֆերմիոններ՝ կախված դրանց բաղադրամասերից:  – Բոլոր կոմպոզիտային մասնիկները, որոնք կազմված են զույգ թվով ֆերմիոններից, բոզոն են (որովհետև բոզոններն ունեն ամբողջ թվով սպին, իսկ ֆերմիոնները՝ կենտ կես-ամբողջ թվով սպին):   – Բոլոր մեզոնները բոզոններ են (քանի որ բոլորը մեզոններ կազմված են հավասար թվով քվարկներից և հակաքվարկներից): – Զույգ զանգվածային թվերով կայուն միջուկներ են բոզոնները, օրինակ՝ դեյտերիումը, հելիում-4-ը, ածխածին-12-ը և այլն:  – Կոմպոզիտային բոզոնները նույնպես չեն ենթարկվում Պաուլիի բացառման սկզբունքին:   - Նույն քվանտային վիճակում գտնվող մի քանի բոզոններ միավորվում են՝ ձևավորելով «Բոզե-Էյնշտեյն կոնդենսատ (BEC)»:

***