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

VideoČíně se poprvé podařilo přistát se znovupoužitelnou vesmírnou raketou na pevnině

Čínská vesmírná raketa poprvé přistála na pevnině. Přidala se tak k americkým společnostem SpaceX a Blue Origin, které už znovupoužitelné raketové stupně běžně využívají. Šlo o teprve druhý let rakety typu Ču-čchüe-3, při prvním explodovala. Úspěšné přistání otevírá asijské velmoci cestu k opakovanému použití a tím i výraznému zlevnění startů. Evropská unie testuje vlastní znovupoužitelné rakety v několika projektech, zatím nejdál je Themis, ale pokročily už i francouzská MaiaSpace a německá Rocket Factory Augsburg.
před 5 hhodinami

Letošní El Niño může být nejextrémnější v dějinách měření

Stále více modelů předpovídá, že jev El Niño nabude letos zvlášť silnou podobu. Vědci ho zatím nikdy tak masivní nepozorovali, takže to může přinést změny, které se jim jen nesmírně obtížně předpovídají.
před 6 hhodinami

Vapování u mladých zvyšuje riziko dýchacích potíží, varují britští lékaři

Vapování může u dětí a mladistvých vést k potížím s dýcháním a spánkem nebo k problémům s duševním zdravím. Královská vysoká škola pediatrie a dětského zdraví (RCPCH) v Londýně upozornila, že je třeba zabránit lákavé propagaci elektronických cigaret a vaporizérů, uvedla stanice BBC.
před 7 hhodinami

Trump chce do roku 2030 šestkrát zvýšit počet amerických vzletů do vesmíru

Americký prezident Donald Trump ve čtvrtek podepsal memorandum, které počítá s téměř šestinásobným ročním zvýšením počtu amerických vzletů do vesmíru. Do roku 2030 by ze Spojených států mělo být prováděno tisíc startů a návratů do atmosféry ročně, napsala agentura Reuters. Trumpův dokument rovněž nařizuje úřadům hledat nová místa vhodná pro starty raket.
04:09Aktualizovánopřed 9 hhodinami

V klinické studii uspěla první vakcína proti melanomu

Společnost Moderna ve spolupráci s farmaceutickou firmou Merck vyvinula personalizovanou terapii proti rakovině, která v pokročilé fázi klinického testování v kombinaci s přípravkem Keytruda snížila riziko návratu a šíření melanomu. Nová léčba je téměř o polovinu účinnější než doposud používané léky. Pokud dojde ke schválení, mohla by výrazně zvýšit pravděpodobnost lidí po operaci melanomu, že se jim nemoc už nevrátí.
včera v 14:53

Podívejte se, jak silné je letošní sucho v kontextu dekády

Desítky satelitních snímků ukazují, jak závažné je v Evropě letos sucho a horko, respektive jak se projevují jejich dopady na rostliny.
včera v 12:41

Když vyschne řeka, život se do ní měsíce nevrátí, popisují vědci

Obnova života ve vodním toku po jeho vyschnutí může s příchodem dešťů trvat až dva měsíce. Čím déle trvá sucho, tím složitěji se ryby a další organismy vrací. Kritická hranice jsou čtyři týdny. Pokud sucho trvá déle, mohou podle hydrobiologických výzkumů uhynout všechny vodní organismy, uvedl Martin Rulík z olomoucké přírodovědecké fakulty. Další zátěží je podle něj vysoká teplota vody, která spolu s úbytkem kyslíku vytváří nejhorší podmínky.
včera v 10:19

Astronomové objevili nejrychlejší hvězdu Mléčné dráhy. Sprintuje kolem černé díry

Astronomové objevili nejrychlejší známou hvězdu v naší galaxii, Mléčné dráze, která obíhá kolem černé díry v jejím středu. Hvězda, která dostala jméno S301, obíhá svou černou díru o hmotnosti čtyř milionů Sluncí rychlostí 25 tisíc kilometrů za sekundu. Navíc se k ní přibližuje víc než jakákoli jiná dosud pozorovaná hvězda, a to tak blízko, že pociťuje účinky rotace černé díry.
19. 8. 2026

Evropský pohled

ČT24 každý den vybírá z obsahu publikovaného evropskými veřejnými médii, členy Eurovize.