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

Rok plný selhání. Odborný žurnál zkritizoval ministra zdravotnictví Kennedyho

Jeden z nejprestižnějších zdravotních odborných časopisů světa, Lancet, vydal rozsáhlou kritiku amerického ministra zdravotnictví Roberta F. Kennedyho mladšího. List popsal změny, které Kennedy zavedl a které podle Lancetu poškodily americké zdravotnictví. Hovoří o roku plném selhání. Náprava prý bude trvat celé desítky let.
před 3 hhodinami

Mladé Evropanky kouří víc než jejich vrstevnice ve světě, varuje WHO

Evropské dívky ve věku 13 až 15 let mají nejvyšší míru užívání tabáku ve své věkové skupině na celém světě, informovala Světová zdravotnická organizace (WHO). Mladí Evropané vynikají také v konzumaci elektronických cigaret: užívá je nejméně každý sedmý mladistvý Evropan.
před 5 hhodinami

Vegetariáni méně trpí na časté rakoviny, prokázal rozsáhlý výzkum

Vegetariáni mají podstatně nižší riziko vzniku pěti typů rakoviny než lidé, kteří běžně konzumují maso, popsala nová studie, která se věnovala vlivu stravy na pravděpodobnost rozvoje rakovinného bujení. Opačnou situaci ale vědci zjistili u nejčastějšího druhu rakoviny jícnu.
před 6 hhodinami

Čeští přírodovědci popsali jednoho z nejmenších savců na Zemi

Nenápadný hmyzožravec o hmotnosti pouhých dvou až tří gramů se zařadil mezi nejmenší savce planety. Mezinárodní tým vedený vědci z Ústavu biologie obratlovců Akademie věd ČR (AV ČR) ho objevil v etiopských horách a popsal ho jako nový druh bělozubky – Crocidura stanleyi.
před 10 hhodinami

Animace ukazuje, jak válka zastavila dopravu Hormuzským průlivem

Hormuzský průliv je klíčová vodní cesta, kterou denně proudí asi pětina světové ropy. Je spojnicí mezi největšími producenty ropy v Perském zálivu s jejich zákazníky v ostatních částech světa – hlavně v Asii. Data ukazují, jak se od pátku do pondělí zpomalovala doprava touto dopravní tepnou, až se zastavila úplně. V sobotu zahájily USA a Izrael útok na Írán, ke kterému průliv přiléhá.
před 23 hhodinami

Ohnivé tornádo by mohlo pomoct oceánům od ropných skvrn. Vědci ho otestovali

Texaští vědci otestovali novou nadějnou metodu, jak se zbavit ropných skvrn, které je nutné co nejrychleji odstranit. Navrhují je likvidovat pomocí plamenných vírů.
včera v 16:36

Americká armáda údajně využila při útoku na Írán AI, od níž se přitom Trump distancoval

Americká média jako Wall Street Journal a Axios píší, že při bombardování Íránu využily americké jednotky umělou inteligenci společnosti Anthropic, která přitom vede s armádou spory.
včera v 15:08

Nelétaví papoušci téměř vyhynuli, jejich počet se podařilo zčtyřnásobit

O jediném nelétavém druhu papouška na světě se dříve předpokládalo, že je odsouzen k vyhubení. Kakapo soví je totiž příliš těžký, pomalý a naneštěstí pro něj i příliš chutný na to, aby přežil v blízkosti predátorů, které do jeho původního domova přinesli na svých lodích Evropané. K rozmnožování navíc přistupuje neobvykle lehkovážně, píše agentura AP. Novozélanďané ale vynakládají velké úsilí na jeho záchranu.
včera v 11:46
Načítání...