Kvantové provázání funguje i při nejvyšších energiích, zjistili v CERNu

Vědci z experimentu ATLAS poprvé studovali kvantovou provázanost na Velkém hadronovém urychlovači v CERN při dosud nejvyšší energii. Na úspěšném pokusu se podílel i český fyzik.

Kvantové provázání je jeden z nejpodivnějších jevů kvantové fyziky. Velmi, velmi zjednodušeně: Když jsou dvě částice kvantově provázané, je stav jedné částice svázán se stavem druhé částice bez ohledu na to, jak daleko jsou od sebe. Teoreticky klidně i na druhé straně vesmíru. Tento ohromující jev, který nemá v klasické fyzice obdoby, byl pozorován v nejrůznějších systémech a uplatňuje se už i v praxi, například v tak důležitých aplikacích, jako je kvantová kryptografie a kvantová výpočetní technika.

Roku 2022 dostali za experimenty s provázanými fotony Nobelovu cenu za fyziku tři fyzici – Alain Aspect, John F. Clauseri a Anton Zeilinger. Jejich pokusy potvrdily předpovědi projevů provázanosti, které učinil zesnulý teoretik CERNu John Bell – a z této trojice učinily průkopníky kvantové informatiky.

Jejich objevy ale dveře do světa kvantově provázaných částic jen pootevřely, věda o tomto fenoménu ví stále ještě příliš málo. Jednou z největších záhad je provázanost při vysokých energiích. Ty jsou dostupné zejména na urychlovačích částic, jako je Velký hadronový urychlovač (LHC).

Právě ten teď využili fyzici z mezinárodního projektu ATLAS. V polovině září oznámili, že se jim poprvé podařilo pozorovat kvantové provázání na LHC mezi elementárními částicemi zvanými top kvarky, a to při dosud nejvyšších energiích. Poprvé ohlásil ATLAS podobný výsledek v září 2023 a teď ho potvrdil dalšími dvěma pozorováními. Vědci tvrdí, že tím nabízejí nový pohled na složitý svět kvantové fyziky.

„Protože částicová fyzika má v kvantové mechanice hluboké kořeny, pozorování kvantového provázání v novém systému částic a při mnohem vyšší energii, než bylo dosud možné, je pozoruhodné,“ komentoval výsledek mluvčí ATLASu Andreas Hoecker. „Otevírá tak cestu k novému zkoumání tohoto úchvatného jevu, a protože naše vzorky dat se stále zvětšují, nabízí široké možnosti zkoumání.“

Nejtěžší z elementárních částic

Vědci pozorovali kvantové provázání mezi dvěma elementárními částicemi: top kvarkem a jeho protějškem z antihmoty. Top kvark je nejtěžší známou elementární částicí. Obvykle se rozpadá na jiné částice dříve, než se stihne spojit s jinými kvarky, a přenáší tak na tyto produkty rozpadu svůj spin a další kvantové vlastnosti. Ty pak fyzici mohou sledovat a využívají toho k odvození spinové orientace top kvarku.

  • Spin je vnitřní, relativistickou vlastností elektronu. Spin mají také další částice, například proton, neutron a mnoho atomových jader. Spin nemá klasickou analogii ani interpretaci. Nejde o rotaci elektronu; název je historický, z doby, kdy fyzici o rotaci uvažovali. Fyzikálně je spin popsán jakožto vektor (vlastního nebo vnitřního) momentu hybnosti s jasnými a nepochybnými pravidly chování, včetně pravidel kvantování. Přestože chování spinu umíme popsat kvantitativně přesně v souladu s experimentem, pro většinu z nás je spin obestřen lehkým pocitem tajemnosti. Při vysvětlení mikroskopického i makroskopického chování všech vesmírných objektů nelze však spin pominout.
  • Zdroj: Základy fyzikální chemie

„Díky měřením provázanosti a dalších kvantových jevů v novém systému částic a v rozsahu energií, které nebyly dosud dostupné, můžeme testovat Standardní model částicové fyziky novými způsoby a hledat náznaky nové fyziky, která se může skrývat za jeho hranicemi,“ vysvětluje smysl výzkumu Patricia McBrideová, která se na experimentu podílela.

Na experimentu se analýzou dat podílel i jeden český zástupce, Roman Lysák z Oddělení experimentální fyziky částic Fyzikálního ústavu Akademie věd. „Toto měření otevírá cestu k dalším potenciálním měřením typicky prováděným v oboru kvantové informace, což může pomoci podrobněji porozumět těmto jedinečným rysům kvantové fyziky a případně pomoci s aplikacemi, jako jsou kvantové počítače nebo kvantová kryptografie,“ doplňuje.

Výběr redakce

Aktuálně z rubriky Věda

Úhyn ryb v Dyji se bez omezení fosforu bude opakovat, varuje studie

Úhyn ryb v řece Dyji se podle hlavního autora studie, kterou pro Povodí Moravy zpracovala Mendelova univerzita, může opakovat. Výzkumníci volají po větší regulaci fosforu. Látku v České republice vypouštějí především čistírny odpadních vod a navzdory existujícím technologiím ji některá menší zařízení nemusejí vůbec zadržovat.
před 9 hhodinami

Trump nařídil úřadům ukončit využívání AI od Anthropicu

Americký prezident Donald Trump nařídil federálním úřadům postupně ukončit využívání technologií umělé inteligence (AI) od firmy Anthropic. Učinil tak poté, co společnost odmítla ustoupit americkému ministerstvu obrany ve sporu o bezpečnost využívání AI pro vojenské účely. Americké ministerstvo obrany podotklo, že pokud firma nepřistoupí na jeho žádost, bude považována za „riziko pro dodavatelský řetězec“ a riskuje ztrátu státní zakázky v hodnotě 200 milionů dolarů (4,1 miliardy korun).
27. 2. 2026Aktualizovánovčera v 00:07

Čeští vědci jako první popsali na Marsu masivní výboj připomínající blesk

Čeští vědci ukázali, že v atmosféře Marsu dochází k elektrickým výbojům podobným bleskům. Čtyřčlennému výzkumnému týmu z Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy a Ústavu fyziky atmosféry Akademie věd ČR se to povedlo zjistit na základě měření americké sondy Maven.
27. 2. 2026

Mise Artemis III na Měsíci nepřistane, oznámil šéf NASA

Na páteční tiskové konferenci oznámil ředitel americké vesmírné agentury NASA Jared Isaacman, že se odkládá pokus o přistání lidské posádky na Měsíci. Původně ji měla mít za úkol mise Artemis III, podle Isaacmana to ale má teď provést až Artemis IV.
27. 2. 2026

Poznamenat to může i výstražné služby, říká k hrozbě propouštění v ČHMÚ ředitel Rieder

Český hydrometeorologický ústav (ČHMÚ) má v rámci plánovaných vládních úspor podle informací Českého rozhlasu propustit 37 zaměstnanců. V rozhovoru pro Českou televizi varoval jeho ředitel Mark Rieder před následky, které by se projevily i v tak důležitých oblastech, jako jsou výstrahy na jevy, které způsobují stomiliardové škody.
27. 2. 2026

Rudý příliv zabíjí v Jižní Africe korýše

Přemnožené mikroskopické mořské řasy zaplavily oceán u západního pobřeží Jihoafrické republiky. Jev známý jako rudý příliv způsobuje hromadný úhyn korýšů a dalších mořských živočichů, informovala agentura AP.
27. 2. 2026

Snímek rypouších mláďat vyhrál soutěž podvodních fotografií

Porota britské fotografické soutěže Underwater Photographer of the Year, která se koná od roku 1965, vyhlásila letošní vítěze. Je specializovaná na hledání nejlepších snímků, které vznikly pod vodní hladinou. Celkovým vítězem se stal snímek dvojice rypouších mláďat od Mattyho Smithe.
27. 2. 2026

Ptačí chřipka zabíjí stovky čápů ve Španělsku. Teď začíná jejich migrace do Česka

Ptačí chřipka trápí nejen velkochovy drůbeže a zvířata v zoologických zahradách, ale zejména divoce žijící ptáky. Španělští ornitologové v minulých týdnech zaznamenali obrovské úhyny u čápů – a to právě v době, kdy nastává pravidelná migrace tohoto druhu do střední Evropy, včetně České republiky.
27. 2. 2026
Načítání...