ניסויי ה-ATLAS וה-CMS צפו בהסתבכות בין הקווארקים העליונים והאנטי-חלקיקים שלהם, ומאשרים תופעה זו באנרגיות גבוהות. זה פותח אפיקים חדשים למחקר קוונטי, הנתמך על ידי דגימות נתונים גדולות מה-LHC ומשופרות על ידי טכניקות אנליטיות מודרניות. קרדיט: twoday.co.il.com
שני עשורים לאחר ההוכחה הראשונה של פוטון הסתבכות, ניסויי ATLAS ו-CMS צפו בהסתבכות קוונטית בין הקווארקים העליונים והאנטי-חלקיקים שלהם במאיץ ההדרון הגדול.
פריצת דרך זו מאשרת הסתבכות באנרגיות גבוהות ומציעה נקודת מבט חדשה על מכניקת הקוונטים. בינתיים, המספר העצום של זוגות הקווארקים העליונים המיוצרים ב-LHC מאפשר מחקרים נרחבים, מחוזקים עוד יותר על ידי מתקדמים למידת מכונה טכניקות למדידת הסתבכות ספין ואי ודאויות שיטתיות.
הסתבכות קוונטית בפיזיקה של חלקיקים
לאחרונה, וכשני עשורים לאחר ההוכחה המוצקה הראשונה להסתבכות בין שני פוטונים על ידי אנטון זיילינגר וצוותו, ניסויי ה-ATLAS וה-CMS דיווחו על תצפית של הסתבכות קוונטית בין הקווארק העליון והאנטי-חלקיק שלו שנוצר בו זמנית במנוחה במאיץ ההדרונים הגדול. .
אישור ההסתבכות הקוונטית בין חלקיקי היסוד הכבדים ביותר, הקווארקים העליונים, פתחה דרך חדשה לחקור את הטבע הקוונטי של העולם שלנו באנרגיות הרבה מעבר למה שנגיש, למשל באופטיקה הקוונטית. במקביל, קצב הייצור הגדול של זוגות הקווארקים העליונים ב-LHC מספק מדגם נתונים עצום של קווארקים מובילים, המציע הזדמנות ייחודית למחקרים אלה.
הסתבכות קוונטית בין קווארקים עליונים ואנטי-חלקיקים אושרה ב-LHC, המסמנת התקדמות משמעותית בפיזיקה קוונטית באנרגיה גבוהה, הנתמכת על ידי נתונים נרחבים ושיטות ניתוח מתקדמות. קרדיט: CERN
האתגר של איינשטיין למכניקת הקוונטים
במכניקת הקוונטים, שני חלקיקים מסתבכים אם אנו יודעים את מצבו של אחד מהם בעת מדידת השני. זה נכון גם אם שני החלקיקים שהסתבכו בתחילה ממוקמים רחוק מאוד אחד מהשני לפני המדידה. זה מה שאיינשטיין כינה "פעולה מפחידה ממרחק": למרות שהמידע אינו יכול לנוע מהר יותר ממהירות האור, מובטח שהחלקיק השני יימצא במצב מקביל מיד כאשר המדידה של הראשון מתבצעת. ב-1934 הציעו איינשטיין ומשתפי הפעולה שלו ניסוי מחשבתי שלדבריהם חושף את חוסר העקביות של מכניקת הקוונטים.
כדי לפתור את הפרדוקס, הם הציעו שתיאור ההסתבכות שלנו אינו שלם ושיש כמויות אחרות שמשחקות במערכת שאיננו יכולים לגשת אליהן בניסוי. הסתבכות תהיה אז תוצאה של בורות שלנו לגבי המשתנים הנסתרים הללו.
טכניקות מתקדמות במדידת הסתבכות
במדידה חדשה, שיתוף הפעולה של ה-CMS בוחן, לראשונה, את הסתבכות הספין של קווארק עליון ואנטיקווארק עליון המיוצרים בו זמנית במהירות גבוהה מאוד אחד ביחס לשני. לכן שני החלקיקים רחוקים זה מזה לפני שהם מתפרקים, כלומר, המרחק שלהם גדול ממה שניתן לכסות על ידי מידע המועבר במהירות האור. המתאם בין הספינים של הקווארק ושל האנטיקווארק נמדד על ידי התבוננות בהתפלגות הזוויתית של תוצרי ההתפרקות שלהם.
הניתוח מביא לידי ביטוי שיטות למידת מכונה מתקדמות להקצאה נכונה של מוצרי הריקבון (אנטי) הקווארקים המובילים ולשיפור המודלים של אי ודאויות שיטתיות. רמות ההסתבכות הנצפות, המאופיינות בפרמטר Δהמוצגים באיור 1 עבור שני אזורים קינמטיים שונים.
איור 1: רמות ההסתבכות הנצפות המאופיינות ב-ΔE מוצגות בשני אזורים קינמטיים. המדידות (נקודות) מוצגות עם אי הוודאות שלהן ומשוות לתחזיות SM (קווים אדומים). הקווים הכחולים האופקיים תואמים את רמת ההסתבכות המרבית ΔE קריטית שניתן להסביר על ידי חילופי מידע בין הקווארק לאנטיקווארק במהירות האור.
הפח הראשון מתאים לקווארקים העליונים המופקים עם תנע רוחבי של פחות מ-50 GeV, בעוד שבפח האחרון לזוגות הקווארקים העליונים יש מסה בלתי משתנה גבוהה, כלומר נעים במהירות גדולה זה ביחס לזה. ה-ΔE הנמדד גדול מ-1 בשני האזורים הקינמטיים, מה שמאשר הסתבכות בין שני החלקיקים. בפח השני, במיוחד, זוגות הקווארקים-אנטיקווארקים העליונים נעים במהירות יחסית גדולה עד כדי כך שרק ב-10% מהמקרים תהיה להם סיכוי לתקשר. שם, ההסתבכות גבוהה משמעותית מ-ΔE קריטי, שהיא רמת ההסתבכות שניתן להסביר על ידי חילופי מידע באמצעות משתנים נסתרים במהירות האור. לכן, המדידה מראה שאכן יש "פעולה מפחידה במרחק" בין החלקיקים הכבדים ביותר הידועים.
קרדיט: CERN
