В последние годы физики обнаружили, что кварки и глюоны, составляющие протоны, при высоких энергиях проявляют максимальную квантовую запутанность. Это явление подразумевает, что изменение состояния одной частицы мгновенно отражается на состоянии другой, даже если те находятся на большом расстоянии друг от друга, что невозможно объяснить законами классической физики.
Исследовательская группа из Университета Стони-Брук и Брукхейвенской национальной лаборатории поставила перед собой цель выяснить, как квантовая запутанность влияет на процесс адронизации — превращения кварков и глюонов в адроны, которые могут быть зарегистрированы в детекторах. Руководителем работы выступил Чарльз Джозеф Найм, который отметил: «Наше исследование началось с удивительного наблюдения, что внутренняя структура протонов при высоких энергиях демонстрирует максимальную квантовую запутанность».
Результаты работы были опубликованы в журнале Physical Review Letters. В качестве экспериментальной базы использовались данные ATLAS Collaboration, собранные на Большом адронном коллайдере (LHC) в CERN — крупнейшем ускорителе элементарных частиц в мире.
Особое внимание было уделено изучению джетов — узких потоков частиц, возникающих в результате столкновений протонов на высоких энергиях. Исследователи анализировали функции фрагментации, описывающие преобразование кварков и глюонов в адроны, а также энтропию, измеряющую уровень беспорядка и сложности образующихся частиц.
В теоретической части работы использовалась концепция максимальной запутанности, позволившая установить связь между функциями фрагментации и энтропией. Теоретические выкладки были сопоставлены с реальными экспериментальными данными, полученными на LHC. Такой подход дал возможность по-новому взглянуть на формирование джетов и выявить закономерности, которые ранее оставались непонятыми.
Главный вывод исследования — успешное применение идеи максимальной квантовой запутанности для объяснения структуры и характеристик джетов. Это открывает новые горизонты для понимания перехода от возмущённой к не возмущённой квантовой хромодинамике (QCD) — теории, описывающей взаимодействия между кварками и глюонами. По словам Чарльза Джозефа Найма: «Этот подход предлагает новый взгляд на переход от возмущённой к не возмущённой квантовой хромодинамике, теории, управляющей взаимодействиями кварков и глюонов».
Работа не только помогает объяснить ранее наблюдаемые, но не до конца понятные экспериментальные результаты, но и может способствовать решению одной из самых фундаментальных задач современной науки — проблемы цветового удержания, то есть невозможности наблюдать отдельные кварки вне адронов.
В будущем исследователи планируют расширить область изучения квантовой запутанности, рассматривая процессы адронизации в различных условиях, в том числе в ядрах. Особое внимание будет уделено анализу данных, которые будут получены на строящемся Электрон-ионном коллайдере (EIC). Чарльз Джозеф Найм отмечает: «В будущем мы будем анализировать данные новых экспериментов на таких установках, как Электрон-ионный коллайдер, который, как ожидается, даст новые представления о поведении кварков и глюонов в различных условиях».
Следующий шаг — создание более совершенных моделей на основе принципов квантовой информации, что позволит глубже понять механизмы образования частиц и повысить точность предсказаний для будущих экспериментов в физике высоких энергий.
Изображение носит иллюстративный характер
Исследовательская группа из Университета Стони-Брук и Брукхейвенской национальной лаборатории поставила перед собой цель выяснить, как квантовая запутанность влияет на процесс адронизации — превращения кварков и глюонов в адроны, которые могут быть зарегистрированы в детекторах. Руководителем работы выступил Чарльз Джозеф Найм, который отметил: «Наше исследование началось с удивительного наблюдения, что внутренняя структура протонов при высоких энергиях демонстрирует максимальную квантовую запутанность».
Результаты работы были опубликованы в журнале Physical Review Letters. В качестве экспериментальной базы использовались данные ATLAS Collaboration, собранные на Большом адронном коллайдере (LHC) в CERN — крупнейшем ускорителе элементарных частиц в мире.
Особое внимание было уделено изучению джетов — узких потоков частиц, возникающих в результате столкновений протонов на высоких энергиях. Исследователи анализировали функции фрагментации, описывающие преобразование кварков и глюонов в адроны, а также энтропию, измеряющую уровень беспорядка и сложности образующихся частиц.
В теоретической части работы использовалась концепция максимальной запутанности, позволившая установить связь между функциями фрагментации и энтропией. Теоретические выкладки были сопоставлены с реальными экспериментальными данными, полученными на LHC. Такой подход дал возможность по-новому взглянуть на формирование джетов и выявить закономерности, которые ранее оставались непонятыми.
Главный вывод исследования — успешное применение идеи максимальной квантовой запутанности для объяснения структуры и характеристик джетов. Это открывает новые горизонты для понимания перехода от возмущённой к не возмущённой квантовой хромодинамике (QCD) — теории, описывающей взаимодействия между кварками и глюонами. По словам Чарльза Джозефа Найма: «Этот подход предлагает новый взгляд на переход от возмущённой к не возмущённой квантовой хромодинамике, теории, управляющей взаимодействиями кварков и глюонов».
Работа не только помогает объяснить ранее наблюдаемые, но не до конца понятные экспериментальные результаты, но и может способствовать решению одной из самых фундаментальных задач современной науки — проблемы цветового удержания, то есть невозможности наблюдать отдельные кварки вне адронов.
В будущем исследователи планируют расширить область изучения квантовой запутанности, рассматривая процессы адронизации в различных условиях, в том числе в ядрах. Особое внимание будет уделено анализу данных, которые будут получены на строящемся Электрон-ионном коллайдере (EIC). Чарльз Джозеф Найм отмечает: «В будущем мы будем анализировать данные новых экспериментов на таких установках, как Электрон-ионный коллайдер, который, как ожидается, даст новые представления о поведении кварков и глюонов в различных условиях».
Следующий шаг — создание более совершенных моделей на основе принципов квантовой информации, что позволит глубже понять механизмы образования частиц и повысить точность предсказаний для будущих экспериментов в физике высоких энергий.
