Eddig nem látott kvantumösszefonódást fedeztek fel a RHIC részecskegyorsítóban

A Brookhaveni Nemzeti Laboratórium található Relativisztikus Nehézion-ütköztető (RHIC) nemzetközi stábja a világegyetem születésének pillanatát igyekszik megismerni úgy, hogy óriási sebességre gyorsított atommagokat ütköztet. Egyik nagy kísérlete a STAR, amelynek keretében a nehézionok ütközésében létrejövő kvarkanyag fázisdiagramjának kísérleti és fenomenológiai vizsgálata folyik. A programban magyar kutatók is részt vesznek, a STAR-Magyarország csoport vezetője Csanád Máté, az ELTE Atomfizikai Tanszék egyetemi tanára.

A kutatók legutóbb arra voltak kíváncsiak, mi történik, ha az ionok ütközés nélkül, de nagyon közel haladnak el egymás mellett. A felgyorsított atomokat fotonok felhője veszi körül, amelyek közül több kölcsönhatásba lép a szemben haladó atom belsejében található gluonokkal. Ez a kölcsönhatás pionoknak nevezett részecskéket hoz létre. A pionokat a részecskegyorsítónál létesített detektorrendszer, a STAR érzékeli.

A kutatók a pionok sebessége és iránya alapján több megállapításra jutottak. Egyrészt bepillantást nyertek az atom belsejébe, másrészt a részecskék olyan összefonódást mutattak, amilyet a kutatók eddig még nem láttak. Korábban csak azonos töltésű részecskék (például elektronok vagy töltés nélküli fotonok) összefonódását ismertük, a pionok pedig ellentétes töltésű (pozitív és negatív) párokban keletkeznek, a detektorban mégis összefonódást mutató interferenciamintában jelentek meg.

Mint a kutatást vezető Daniel Brandenburg professzor a Motherboardnak elmondta,

eddig nem volt olyan mérés, amelyben megkülönböztethető részecskék közös interferenciát mutatnak.

Ez a felfedezés, ezt használják magfizikai kutatásra.

Brandenburgék a jelenséget lényegében mikroszkópként használják az atomok belsejének vizsgálatára, hogy pontosabb képet kapjanak az atommagról és az atommagot összetartó gluonokról. Korábban már vizsgálták az atomok belsejét alacsonyabb energiáknál, ami meglepő eredményeket produkált: az atommagok jóval nagyobbnak tűntek, mint amilyennek a modellek szerint gondolták őket. Ezt a problémát ugyancsak most oldották meg: a jelenséget feltehetően a fotonok viselkedéséből fakadó elmosódás okozta.

A pionok segítségével a kutatók nem csak a magot, de nagy vonalakban a protonok és neutronok elhelyezkedését is látják. A bepillantás nem csak azért fontos, mert megtudjuk, hogyan jött létre az anyag az ősrobbanásban, hanem azért is, mert az atom az egyik kapu, amely összeköti a kvantumfizikát a klasszikus fizikával.

Az ELTE kutatói közvetlenül az adatanalízisben nem vettek részt, de a cikk belső megtárgyalásában igen. Ezen kívül rendszeresen dolgoznak az adatfelvételen, illetve a kvantumos összefonódáshoz bizonyos értelemben hasonló, kvantumstatisztikai méréseket végeznek. Az ELTE-s kutatócsoport az Asztro- és Részecskefizikai Tématerületi Kiválósági Program kereteiben műküdik, a STAR kísérletben való részvételt ezen kívül pedig az NKFIH OTKA K-138136 projekt támogatja.

Az eredeti publikáció a Science-ben az alábbi linken olvasható.

Forrás: index.hu