Teadlastel on esimest korda Kvanttakkumine Vaadeldud - olek, milles osakesed sulanduvad koos ja kaotavad oma individuaalsuse, et neid ei saaks enam eraldi kirjeldada - kvarkide vahel. See tähelepanuväärne sündmus, mis saavutati Šveitsi Genfi lähedal asuvas Euroopa osakeste füüsikalaboris CERN -is, võib sillutada teed edasisetele uuringutele kõrgete energiatega osakeste kvantteabe kohta.

Takerdumist on aastakümneid mõõdetud sellistes osakestes nagu elektronid ja footonites, kuid see on delikaatne nähtus ja seda on kõige lihtsam mõõta madala energiatarbega või "vaikse" keskkonnas, näiteks ülikõrgete külmikutega, mis on Kvantarvutid majutage. Osakeste kokkupõrked, näiteks prootonite vahel Suur hadroni põrkejõud CERN-ist on suhteliselt valju ja suure energiatarbega, muutes prahi takerdumise mõõtmise palju keerulisemaks-sarnaneb rokikontserdil sosina kuulamisega.

LHC -sse takerdumise jälgimiseks analüüsisid ATLAS -i detektori kallal töötavad füüsikud umbes miljon paari üla- ja antitop -kvarke - kõigi teadaolevate elementaarsete osakeste ja nende antimateriaalsete kolleegide raskeimad. Nad leidsid statistiliselt ülekaalukaid tõendeid takerdumise kohta, mille nad teatasid täna ja täna ajakirjasOlemus 1Kirjeldage üksikasjalikult. Füüsikud, kes töötavad LHC teise peamise detektori CMS -i kallal 2.

"See on tõesti huvitav, sest see on esimene kord, kui saate uurida takerdumist võimalikult kõrgel energial, mis saavutatakse LHC -ga," ütleb Indiana West Lafayette'is asuva Purdue ülikooli osakeste füüsik Giulia Negro, kes osales CMS -i analüüsis.

Teadlastel polnud kahtlust, et parimad kvarkipaarid võivad takerduda. Selle Osakeste füüsika standardmudel - Praegune parim teooria elementaarsete osakeste ja jõudude kohta, mille kaudu nad interakteeruvad - põhineb kvantmehaanikal, mis kirjeldab takerdumist. Sellegipoolest väidavad teadlased, et viimasel mõõtmisel on väärtus.

"Kas te tõesti ei oota, et suudate kvantmehaanikat rikkuda?" ütleb Madridi teoreetilise füüsika instituudi teoreetiline füüsik Juan Aguilar-Saavedra. "Eeldatav tulemus ei tohiks takistada teil oluliste asjade mõõtmist."

Mööduvad topsid

Aastaid tagasi kohvipausi ajal mõtles Illinoisi Chicago ülikooli eksperimentaalne füüsik Yoav Afik ja nüüd Madridi Computence'i ülikooli kindla aine füüsik Juan Muñoz de Nova mõtles, kas kokkupõrkekiirendil on võimalik jälgida. Nende vestlus muutus paberiks 3, mis demonstreeris viisi, kuidas mõõta takerdumist tipptasemel.

Paarid üla- ja antitop -kvargid, mis on loodud pärast prootoni kokkupõrget elavad kujuteldamatult lühikesed elud - vaid 10−25sekundid. Seejärel lagunevad nad pikemaajalisteks osakesteks.

Varasemad uuringud 4oli paljastanud, et parimad kvargid võivad lühikese eluea jooksul olla korrelatsioonis “spinni” olekud - kvantomadus, mis on nurkkiirus. Afik ja Muñoz de Nova arusaam oli, et seda mõõtmist võiks laiendada, et näidata, et tipptasemel kvarkide spinni olekud pole lihtsalt korrelatsioonis, vaid tegelikult takerdunud. Määratlesite parameetri,DKorrelatsiooni taseme kirjeldamiseks. KuiDon väiksem kui −⅓, ülemised kvargid on takerdunud.

Osa sellest, mis lõpuks Afiku ja Muñoz de Nova ettepaneku edukaks tegi, on tipptasemel kvarkide lühike eluiga. "Te ei saaks seda kunagi kergemate kvarkide abil teha," ütleb Suurbritannia Glasgow ülikooli eksperimentaalne füüsik James Howarth, kes oli osa Atlase analüüsist koos Afiku ja Muñoz de novaga. Quarksi ei meeldi eraldada, nii et nad lahkusid vaid 10 järel−24Sekundid hakkavad segama selliseid hadroneid nagu prootonid ja neutronid. Kuid tipptasemel kvartal laguneb piisavalt kiiresti, et tal pole aega segamise kaudu "hadroniseks" ja kaotada oma keerutusinfo, selgitab Howarth. Selle asemel kantakse kogu see teave lagunemistoodetele, ”lisab ta. See tähendas, et teadlased said mõõta lagunemissaaduste omadusi, et töötada tahapoole ja tuletada vanemate parimate kvarkide omadused, sealhulgas keerutamine.

Pärast tipptasemel kvarkide keerutuste eksperimentaalset mõõtmist võrdlesid meeskonnad oma tulemusi teoreetiliste ennustustega. Kuid Quarki tipptootmise ja lagunemise mudelid ei nõustunud detektori mõõtmistega.

Atlase ja CMS -i teadlased võitlesid ebakindlusega erineval viisil. Näiteks leidis CMS -i meeskond, et „Toponiumi” lisamine - hüpoteetiline olek, milles üla- ja antitop -kvart on ühendatud - aitas nende analüüsidele teooria ja katsetada paremini.

Lõpuks jõudsid mõlemad katsed hõlpsasti atlasega –⅓ takerdumispiiriD–0,537 ja CMS -iga –0,480.

Kroonpaigutus

Edu tipptasemel kvarkides takerdumisel võib parandada teadlaste arusaamist tipptasemel füüsikast ja sillutada teed tulevastele suure energiatarbega testidele. Muud osakesed, nagu Higgsi boson, võiks isegi kasutada kellade testi, mis on veelgi rangem takerdumise uurimine.

Kvarki ülemine eksperiment võib muuta füüsikute arvamust, ütles Afik. "Alguses oli kogukonna veenmine pisut keeruline", et uuring oli aega väärt, ütles ta. Lõppude lõpuks on takerdumine kvantmehaanika nurgakivi ja seda on ikka ja jälle kontrollitud.

Kuid asjaolu, et kõrge energiaga piirkondades pole takerdumist põhjalikult uuritud, on AFIK-i ja teiste nähtuse järgijate jaoks piisavalt põhjus. "Inimesed on mõistnud, et nüüd saate hakata nende testide jaoks kasutama Hadroni kokkupõrke kiirendeid ja muud tüüpi kiirendeid," ütleb Howarth.