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

Čína obkličuje druhou největší poušť světa zelenou zdí. Už zachytává oxid uhličitý

Číně se daří zalesňovat jednu ze svých největších pouští. Okraje Taklamakanu pomalu zarůstají stromy a keři, které už jsou místy tak husté, že pohlcují ze vzduchu oxid uhličitý. Konkrétní dopady popsala nová studie.
před 5 hhodinami

„Pouč se z toho.“ Archeologové popsali drzý vzkaz na starověkém projektilu

Olověná střela nalezená v ruinách římského města na území dnešního Izraele nese na svém povrchu vzkaz pro člověka, kterého měla zabít. Objev popsal mezinárodní vědecký tým, který místo zkoumal.
před 6 hhodinami

Klima se vychyluje z rovnováhy, varuje Světová meteorologická organizace

Podle Světové meteorologické organizace (WMO) je klima Země více v nerovnováze než kdykoli v zaznamenané historii. Koncentrace skleníkových plynů totiž způsobují oteplování atmosféry a oceánů a tání ledu. K těmto rychlým a rozsáhlým změnám došlo během několika desítek let, jejich škodlivé dopady ale bude lidstvo cítit po stovky, a možná i tisíce let, uvedla agentura v nově zveřejněné zprávě.
před 8 hhodinami

V Íránu se šíří houbový patogen odolávající léčbě. Zkoumá ho vědkyně z Prahy

V Íránu existují místa, odkud se šíří houbové patogeny, které napadají i lidi. A proti některých druhům přestávají fungovat standardní léčiva. Vzhledem k turistice a migraci existuje riziko, že se rozšíří i do Evropy – a právě na tyto scénáře se připravují včasným výzkumem čeští vědci, popsala v rozhovoru mikrobioložka Adéla Wennrich.
před 11 hhodinami

Psychologové popsali nový druh deprese. Nastává po úspěšném konci videohry

Dokončit videohru může vypadat jako velmi příjemný zážitek a odměna za spoustu času, které člověk nad počítačem nebo konzolí stráví. Jenže podle polské studie se u hráčů dostavují i emoce opačné, které připomínají deprese.
včera v 09:01

Změny klimatu ohrožují antické památky. Snažíme se poučit z minulosti, říká řecká vědkyně

Místo, kde ve starověku probíhaly olympijské hry, je v současné době ohrožené rovnou několika způsoby, na něž má vliv klimatická změna. Podle řecké historičky Sophie Zoumbakiové se dá poučit z toho, co se tam dělo v průběhu uplynulých tří tisíc let. Klíčoví jsou podle ní přitom vždy lidé, řekla v rozhovoru pro Českou televizi.
21. 3. 2026

Hradby Pompejí zřejmě poškodila palba z těžkého antického kulometu polybolu

Italští archeologové detailně prozkoumali díry v severní části pompejských hradeb. Zjistili, že je nezpůsobily katapulty ani ruční zbraně, ale mechanický samostříl schopný automaticky odpalovat více střel po sobě.
20. 3. 2026

USA zažívají vlnu veder. V Arizoně naměřili 43 stupňů

Západ Spojených států se potýká s vlnou veder, v Kalifornii a Arizoně padají teplotní rekordy. Arizonská obec Martinez Lake ve čtvrtek naměřila 43 stupňů Celsia, což je ve Spojených státech nový březnový rekord, uvedla podle stanice NBC News Národní meteorologická služba (NWS).
20. 3. 2026
Načítání...