Se pare că există o corelaţie cuantică, aşa-numita inseparabilitate cuantică (eng. quantum entanglement), între quarcurile şi gluonii dintr-un proton. Acest rezultat, obţinut în mod indirect în cadrul proiectului de cercetare The Compact Muon Solenoid (CMS) de la Marele Accelerator de Hadroni (Large Hadron Collider, LHC), dacă va fi confirmat, este extrem de important, întrucât ar putea contribui la dezlegarea misterului forţei nucleare tari care acţionează între quarcuri, care nu pot fi izolaţi (fenomen cunoscut, dar neexplicat pe deplin matematic).

Inseparabilitatea cuantică este o bizară proprietate cuantică, care este, pe de o parte, studiată în laboratoare de fizică cuantică din întreaga lume, iar pe de altă parte este folosită cu mult succes în cadrul noilor tehnologii cuantice, precum în telecomunicaţiile criptate, care sunt extrem de sigure tocmai datorită acestei proprietăţi.

Ce este însă inseparabilitatea cuantică? Dacă două (sau mai multe) particule se nasc în cadrul aceluiaşi proces sau au interacţionat între ele, acestea rămân cumva „înfrăţite”, corelate cuantic, astfel încât atunci când acţionăm asupra uneia dintre particule (o măsurăm în laborator), cealaltă pare că "află" instantaneu despre acest proces, în urma căruia îşi defineşte o stare cuantică corelată cu cea a particulei măsurate.

Această proprietate, inseparabilitatea cuantică, a fost demonstrată separând fascicule de fotoni pe distanţe de sute sau chiar mii de kilometri: de îndată ce unul din fotoni era măsurat, funcţia lui de undă colapsând într-una dintre posibilele stări, celălalt foton instantaneu îşi definea starea, corelată cu cea a fotonului măsurat. Această proprietate, o adevărată resursă cuantică, este utilizată în prezent în criptografia cuantică, întrucât comunicarea este extrem de sigură; hackerii nu pot „fura” informaţiile, întrucât orice încercare de intruziune reprezintă o perturbare a sistemului.

Recent, în cadrul proiectului de cercetare ştiinţifică CMS de la Marele Accelerator de particule de la Geneva, a efectuat măsurători de precizie asupra coliziunii fasciculelor de protoni, ajungând la concluzia că în interiorul unui proton quarcurile şi gluonii din care este alcătuit acesta sunt într-o stare  de inseparabilitatea cuantică.

 


CMS. credit: cms.cern

 

Protonii, particule nucleare cu sarcină electrică pozitivă, se găsesc în orice nucleu al atomilor; numărul protonilor determină identitatea elementului chimic. De exemplu, atomul cu şase protoni în nucleu este carbonul. Protonii, la rândul lor, sunt alcătuiţi din quarcuri, particule elementare din cadrul modelului standard al fizicii particulelor elementare. Protonii conţin două quarcuri „up” şi un quarc „down”, care sunt legaţi între ei de gluoni, particule purtătoare ale forţei nucleare tari (asemănători cu fotonii, care sunt mediatorii interacţiunii electromagnetice).

Un articol care introduce modelul standard, cu toate particulele identificate, poate fi citit aici.

Cercetătorii de la CMS au publicat recent un articol în care arăta că entropia care rezultă în urma ciocnirii protonilor la LHC este mai mare decât cea aşteptată: entropia suplimentară, susţin aceştia, ar fi generată de corelarea cuantică dintre quarcurile şi gluonii care alcătuiesc protonii (legături în plus faţă de cele cunoscute). Entropia este o proprietate a unui sistem care este determinată de numărul stărilor posibile ale sistemului.

Cercetătorii au măsurat entropia numărând particulele care rezultau în urma ciocnirii protonilor cu energii foarte mari de la LHC. Cum din acest proces rezultă mai multe particule decât se aşteptau, au ajuns în mod indirect la concluzia următoare: quarcurile şi gluonii din protoni sunt într-o stare de corelare cuantică. Evident, pentru o demonstraţie finală mai este încă nevoie de studii suplimentare.

Dacă într-adevăr quarcurile şi gluonii din protoni ar fi într-o stare de corelare cuantică, acest lucru ar putea contribui la explicarea proprietăţilor bizare ale forţei nucleare tari, şi anume a faptului că nu există quarcuri izolaţi. Quarcurile apar mereu împreună cu alte particule: ori cu un anti-quarc (în cadrul mezonilor) ori cu alte doi quarcuri (în cadrul barionilor, categorie din care face parte şi protonul).

La ora actuală cercetătorii care studiază forţa nucleară tare nu au înţeles pe deplin această proprietate; quarcurile sunt libere doar atunci când sunt împreună (se numeşte libertate asimptotică). În cadrul fizicii nucleare au fost propuse şi dezvoltate mai multe modele care explică acest lucru, însă niciunul nu este perfect satisfăcător, întrucât se bazează pe ipoteze şi simplificări despre care ştim că nu corespund realităţii.

Dacă va fi confirmat, corelarea cuantică dintre quarcuri şi gluoni va ajuta la înţelegerea mai bună a forţei nucleare tari, care acţionează la nivelul quarcurilor.


Dacă găsiţi scientia.ro util, sprijiniţi-ne cu o donaţie.


PayPal ()
CoinGate Payment ButtonCriptomonedă
Susţine-ne pe Patreon!