CERN: подтверждена квантовая запутанность топ-кварков – что дальше?

В мире квантовой физики реальность часто кажется причудливой и контринтуитивной. Одной из самых загадочных концепций этой области является квантовая запутанность — явление, которое даже сам Альберт Эйнштейн считал «жутким действием на расстоянии». Представьте себе двух близнецов, разлученных при рождении и живущих на разных концах света. Если один из них заболеет, то и второй почувствует недомогание, независимо от расстояния и отсутствия какой-либо видимой связи. Похожим образом, запутанные частицы, словно связанные невидимой нитью, мгновенно «чувствуют» изменения состояния друг друга, даже находясь на огромных расстояниях.

Долгое время физики наблюдали этот феномен только у стабильных частиц, таких как фотоны или электроны. Однако недавний эксперимент, проведенный в CERN под руководством профессора Регины Деминой из Рочестерского университета, перевернул представления о границах квантового мира.

Впервые удалось зафиксировать запутанность между тяжеловесами микромира — топ-кварками и их антиматериальными двойниками. Эти частицы, по массе сравнимые с атомами золота, существуют доли мгновения, рождаясь и распадаясь в недрах мощных ускорителей частиц, подобных Большому адронному коллайдеру.

Открытие Деминой и ее команды — не просто очередной шаг вглубь микромира. Это окно в неизведанную реальность, где законы классической физики теряют свою силу. То, что «жуткое действие на расстоянии» проявляется даже у таких короткоживущих и массивных частиц, ставит перед учеными целый ряд вопросов, ответы на которые могут перевернуть наше понимание Вселенной.

Во-первых, какова природа «нити», связывающей запутанные частицы? Может ли информация передаваться быстрее скорости света, нарушая один из фундаментальных постулатов современной физики? Или же мы сталкиваемся с еще более глубоким уровнем реальности, где пространство и время теряют свой привычный смысл?

Во-вторых, как долго сохраняется квантовая запутанность? Передается ли она «по наследству» продуктам распада топ-кварков, формируя своего рода «квантовую память» о прошлом?

И, наконец, что разрушает эту связь, возвращая частицы в «классическое» состояние? Ответ на этот вопрос может пролить свет на самые ранние этапы существования Вселенной, когда, по мнению ученых, вселенная находилась в состоянии квантовой запутанности.

Топ-кварки, эти «короли субатомного мира», несмотря на свою эфемерность, оказались ключом к разгадке самых фундаментальных тайн мироздания. Открытие профессора Деминой — лишь начало увлекательного путешествия вглубь квантовой реальности, где нас ожидают новые открытия и головокружительные перспективы.

Если топ-кварки живут так мало, как ученые вообще могут что-то измерить? Разве продукты распада не разлетятся слишком быстро?

Действительно, топ-кварки распадаются практически мгновенно, но информация об их спине «отпечатывается» в направлении движения продуктов распада. Ученые CMS, анализируя эти направления с помощью сложных алгоритмов и искусственных нейронных сетей, смогли реконструировать спиновые состояния топ-кварков и измерить их корреляцию.

Что такого особенного в запутанности топ-кварков, разделенных пространственно-подобным интервалом?

Согласно теории относительности, никакая информация не может распространяться быстрее света. Если две частицы разделены пространственно-подобным интервалом, это значит, что между ними не может быть причинно-следственной связи, передаваемой со скоростью света или медленнее. Иными словами, изменение состояния одной частицы не может мгновенно повлиять на другую.

Однако квантовая запутанность, наблюдаемая в эксперименте CMS, демонстрирует именно такую мгновенную корреляцию, что ставит под сомнение наши представления о пространстве и времени. Это как если бы частицы общались друг с другом, не обращая внимания на ограничения скорости света, словно они находятся в некой «внепространственной» связи.

Куда может привести это открытие? Какие перспективы оно открывает?

Открытие запутанности топ-кварков в пространственно-подобном интервале — это не просто научная сенсация, а потенциальный прорыв в нашем понимании фундаментальных законов природы.

• Во-первых, это открывает новые возможности для проверки квантовой механики в экстремальных условиях.

• Во-вторых, может дать ключ к разгадке тайны квантовой гравитации, теории, объединяющей квантовую механику и общую теорию относительности.

• В-третьих, это открытие может иметь далеко идущие последствия для развития квантовых технологий, например, квантовой криптографии и квантовых вычислений.