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

V Arktidě je rekordně málo mořského ledu

Za běžných okolností v lednu v Arktidě mořského ledu přibývá. Letos ale v druhé polovině měsíce ledu příliš nepřibývalo, anebo ho dokonce mírně ubylo. Rozsah mořského ledu v Arktidě celkově klesá dlouhodobě. Chaotické však byly i srážky, kdy například v Texasu bylo víc sněhu než na Aljašce.
včera v 10:00

Středověké konference popularizovaly vědu. Historik popsal roli Jana Husa

Když se řekne kvodlibet, drtivé většině Čechů se zřejmě nevybaví vůbec nic. Ale právě za studium kvodlibetů byl nyní oceněn český historik a filozof Ota Pavlíček – v lednu 2025 obdržel Cenu Neuron pro nadějné vědce a s ní spojenou odměnu 500 tisíc korun na další výzkum. Roli v nich hrál i český mistr Jan Hus. Proč je právě kvodlibet tak zajímavý a možná i důležitý pro moderní dobu?
včera v 07:30

Kjótský protokol se pokusil před 20 lety snížit emise

Před dvaceti lety, 16. února 2005, vstoupil po ratifikaci Ruskem v platnost Kjótský protokol o snížení emisí skleníkových plynů. Podle dokumentu měly být v letech 2008 až 2012 sníženy celkové světové emise oxidu uhličitého a dalších skleníkových plynů v průměru o 5,2 procenta v porovnání s rokem 1990. Platnost protokolu byla nakonec prodloužena do roku 2020. Nahradila ho pařížská úmluva OSN o změně klimatu, která vstoupila v platnost v listopadu 2016.
včera v 07:00

Před 90 lety představil vědec první antibiotikum. Testoval ho na vlastní dceři

Penicilin je sice nejznámějším antibiotikem, ale přestože byl prvním objeveným lékem tohoto typu, nestal se prvním, který se začal využívat. Předstihl ho preparát, který je dnes už v podstatě zapomenutý – Prontosil.
15. 2. 2025
Načítání...