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

Vědci na Trutnovsku našli v trase D11 hromadné vojenské hroby z 18. a 19. století

Vědci v trase budoucí dálnice D11 v úseku mezi Jaroměří a Trutnovem objevili hromadné vojenské hroby z 18. a 19. století, které považují za mimořádný archeologický soubor doplňující poznání tehdejších válečných konfliktů. Kromě hrobu z druhé slezské války z roku 1745, o kterém již informovali, našli také tři z roku 1866.
před 22 hhodinami

Ničivé počasí v části Asie není náhoda, ale klimatické varování, tvrdí vědci

Jihovýchodní Asie letos čelí neobvykle silným bouřím. Počet obětí povodní a sesuvů půdy v Indonésii, na Srí Lance a v Thajsku dosud přesáhl 1400, přičemž více než tisícovka lidí se stále pohřešuje. V Indonésii zůstávají celé vesnice odříznuté od zbytku světa poté, co voda zničila mosty a silnice. Tisíce lidí na Srí Lance nemají přístup k pitné vodě, zatímco thajský premiér přiznal nedostatečnou reakci své vlády, píše agentura AP.
včera v 11:44

Stárnutí ženských vajíček se dá zvrátit, zjistili náhodou čeští vědci

Projevy stárnutí ženských vajíček, takzvaných oocytů, je možné zvrátit a jejich poškození opravit. To, co bylo dosud považováno za biologicky nemožné, dokázal mezinárodní tým vedený reprodukční bioložkou Helenou Fulkovou z Ústavu experimentální medicíny Akademie věd ČR, který o průlomu informoval v tiskové zprávě. Výsledky zveřejnil časopis Aging Cell. Podle vědců otevírají závěry práce nové otázky o biologii stárnutí a také prostor pro vývoj budoucích léčebných postupů.
včera v 10:47

Univerzitní spin-offy sílí. Pomáhají výzkumu a míří do světového byznysu

Univerzitní firmy, takzvané spin-offy, které vysokým školám přinášejí zisk, jsou v zahraničí běžné. V tuzemsku se tento model prosazuje pomaleji. Na konferenci v Ostravě, pořádané agenturou CzechInvest, zazněly příklady úspěšných firem, které dokážou z akademického výzkumu vytvořit mezinárodně konkurenceschopný produkt i finanční přínos pro vysoké školy.
včera v 09:24
Načítání...