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.
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.