Фізики на Великому адронному колайдері вперше виявили квантову заплутаність між топ-кварками на найвищих енергіях протон-протонних зіткнень.
Квантова заплутаність – це явище, при якому стани двох або більше частинок стають взаємопов’язаними, незалежно від відстані між ними, що не має аналогів у класичній фізиці. Це явище вже використовують у квантових обчисленнях і криптографії, але його вивчення на рівні високих енергій лише розпочинається. У новому дослідженні фізики з експериментів ATLAS та CMS на Великому адронному колайдері вперше підтвердили квантову заплутаність між топ-кварками, яка виникає при зіткненнях протонів з енергією 13 тераелектронвольт. Аналіз проводився на основі даних, що відповідають інтегральній світності у 140 зворотних фемтобарн.
Під час аналізу фізики зосередили увагу на подіях, де одночасно народжувались пари топ-кварків і антитоп-кварків з низьким імпульсом відносно один одного, що, за теорією, має призвести до квантової заплутаності їх спінів. Для підтвердження заплутаності, вчені вимірювали кутові розподіли напрямків заряджених продуктів розпаду кварків і порівнювали їх із результатами комп’ютерного моделювання. Вимірювання заплутаності спінів здійснювалося за параметром D, що визначається через усереднений косинус кута розльоту продуктів розпаду частинок.
У результаті дослідження експериментів ATLAS і CMS показали значення параметра D близько 0,54, що вказує на високу ймовірність квантової заплутаності між топ-кварками. Спостереження заплутаності в діапазоні інваріантної маси пар кварків від 340 до 380 гігаелектронвольт досягло статистичної значущості, яка перевищує п’ять стандартних відхилень, що робить це відкриття надзвичайно достовірним.
Це дослідження є першим прямим доказом існування квантової заплутаності на рівні кварків, і при цьому воно відбувалося на найвищих енергіях, які будь-коли досліджували на колайдерах частинок.