Παρατηρήθηκε για πρώτη φορά στο CERN
Οι φυσικοί στο CERN παρατήρησαν για πρώτη φορά κβαντική σύμπλεξη σε κουάρκ. To φαινόμενο της κβαντικής σύμπλεξης είχε παρατηρηθεί σε σωματίδια όπως τα ηλεκτρόνια και τα φωτόνια εδώ και δεκαετίες. Επειδή είναι ένα πολύ ευαίσθητο φαινόμενο στις εξωτερικές αλληλεπιδράσεις, μελετάται σε «ήσυχα» περιβάλλοντα χαμηλής ενέργειας, όπως οι εξαιρετικά χαμηλής θερμοκρασίας διατάξεις που φιλοξενούν τους κβαντικούς υπολογιστές. Συγκριτκά, οι συγκρούσεις σωματιδίων, όπως αυτές μεταξύ πρωτονίων στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) στο CERN, είναι πολύ θορυβώδεις και υψηλής ενέργειας, καθιστώντας πολύ πιο δύσκολη την μέτρηση της κβαντικής σύμπλεξης στα προϊόντα των συγκρούσεων. Είναι σαν να προσπαθεί κανείς να ακούσει έναν ψίθυρο σε μια συναυλία χέβι μέταλ.
Τι είναι η κβαντική σύμπλεξη(*) [quantum entanglement];
Είναι ένα κβαντικό φαινόμενο όπου δύο ή περισσότερα σωματίδια συνδέονται με τέτοιο τρόπο ώστε η κατάσταση του ενός σωματιδίου να συνδέεται και να εξαρτάται από την κατάσταση του άλλου, ακόμα κι αν βρίσκονται σε πολύ μεγάλη απόσταση το ένα από το άλλο. Αν μετρήσουμε μια ιδιότητα του ενός από δύο «συν-πλεγμένα» μεταξύ τους σωματιδία, τότε γνωρίζουμε αμέσως και την αντίστοιχη ιδιότητα του άλλου. Το πιο εντυπωσιακό είναι ότι ακόμα κι αν τα δύο σωματίδια βρίσκονται σε τεράστια απόσταση μεταξύ τους, η μέτρηση του ενός επηρεάζει ακαριαία το άλλο. Το γεγονός αυτό φαίνεται να παραβιάζει το ανώτατο όριο της ταχύτητας του φωτός που επιβάλλει η θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν. Όμως δεν το κάνει. Γιατί το φαινόμενο της κβαντικής σύμπλεξης δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ακαριαία διάδοση πληροφορίας. Το φαινόμενο της κβαντικής σύμπλεξης χρησιμοποιείται στην ανάπτυξη των κβαντικών υπολογιστών.
Για να παρατηρήσουν την κβαντική σύμπλεξη στον LHC, οι φυσικοί που εργάζονταν στον ανιχνευτή ATLAS ανέλυσαν περίπου ένα εκατομμύριο ζεύγη κορυφαίων (top) και αντι-κορυφαίων κουάρκ – το βαρύτερο από όλα τα γνωστά στοιχειώδη σωματίδια και τα αντίστοιχα της αντιύλης. Βρήκαν αναμφισβήτητα στατιστικά στοιχεία για τη σύμπλεξη, τα οποία ανακοίνωσαν τον Σεπτέμβριο του περασμένου έτους, και περιγράφουν λεπτομερώς στην πρόσφατη δημοσίευση στο περιοδικό Nature. Οι φυσικοί που εργάζονται στον δεύτερο μεγάλο ανιχνευτή του LHC, τον CMS, επιβεβαίωσαν επίσης την παρατήρηση της κβαντικής σύμπλεξης των κουάρκ με δημοσίευση στο arXiv στις 2 Ιουνίου. Είναι η πρώτη φορά που μελετάται η σύμπλεξη στις υψηλότερες δυνατές ενέργειες που αναπτύσσονται στον LHC.
Κατά τη διάρκεια ενός διαλείμματος για καφέ πριν από χρόνια, ο πειραματικός φυσικός Yoav Afik, και ο φυσικός συμπυκνωμένης ύλης Juan Muñoz de Nova, αναρωτήθηκαν αν ήταν δυνατόν να παρατηρηθεί η κβαντική σύμπλεξη σε επιταχυντή. Η συνομιλία τους μετατράπηκε σε μια δημοσίευση που χάραξε τον δρόμο προς την ανίχνευση της κβαντικής σύμπλεξης μεταξύ κορυφαίων κουάρκ.
Τα ζεύγη κορυφαίων κουάρκ-αντικουάρκ που δημιουργούνται μετά από μια σύγκρουση πρωτονίων ζουν απειροελάχιστα σύντομες ζωές – διάρκειας 10−25 δευτερόλεπτα, και στη συνέχεια διασπώνται σε σωματίδια μεγαλύτερης διάρκειας ζωής.
Παλαιότερες μελέτες είχαν βρει ότι κατά τη διάρκεια της σύντομης ζωής τους, τα κορυφαία κουάρκ μπορεί να έχουν συσχετισμένα «σπιν», μια κβαντική ιδιότητα παρόμοια με την ιδιοστροφορμή. Οι Afik και Muñoz de Nova συνειδητοποίησαν ότι αυτές η μελέτες θα μπορούσαν να επεκταθούν για να δείξουν ότι τα σπιν των κορυφαίων κουάρκ δεν ήταν απλά συσχετισμένα, αλλά πραγματικά συν-πλεκόμενα. Όρισαν μια παράμετρο D, για να περιγράψουν τον βαθμό συσχέτισης. Αν το D ήταν μικρότερο από −1/3, τα κορυφαία κουάρκ θα ήταν συμπλεγμένα.
Η πρόταση των Afik και Muñoz de Nova δούλεψε εξαιτίας της σύντομης διάρκειας ζωής των κορυφαίων κουάρκ. Αυτό δεν θα μπορούσε ποτέ να γίνει με ελαφρύτερα κουάρκ. Τα κουάρκ απεχθάνονται την μοναξιά και τον διαχωρισμό τους από άλλα κουάρκ.
Έτσι, μετά από μόλις 10-24 δευτερόλεπτα μοναξιάς, αρχίζουν να αναμιγνύονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν αδρόνια, όπως τα πρωτόνια και τα νετρόνια. Αλλά ένα κορυφαίο κουάρκ διασπάται αρκετά γρήγορα και δεν έχει χρόνο ώστε να «αδρονιστεί» και να χάσει τις πληροφορίες του σπιν του εξαιτίας της μίξης. Αντίθετα, όλες αυτές οι πληροφορίες «μεταφέρονται στα σωματίδια διάσπασής τους». Αυτό σήμαινε ότι οι ερευνητές μπορούσαν να μετρήσουν τις ιδιότητες των προϊόντων διάσπασης, ώστε να πηγαίνοντας προς τα πίσω να συμπεράνουν τις ιδιότητες, συμπεριλαμβανομένου και του σπιν, των μητρικών κορυφαίων κουάρκ.
Τελικά, και τα δύο πειράματα επιβεβαίωσαν το όριο που έθετε η παράμετρος D(<−1/3) για την κβαντική σύμπλεξη, με το ATLAS να μετρά την τιμή D=−0,537 και το CMS D=−0,480. Πρόκειται για ένα θαυμαστό πειραματικό αποτέλεσμα που φαίνεται άχρηστο προς το παρόν – όπως άλλωστε έδειχναν εκ πρώτης όψεως, σχεδόν όλες οι μεγάλες ανακαλύψεις στην ιστορία της φυσικής.
(*) Μια πιο τεχνική περιγραφή της κβαντικής σύμπλεξης από τον Στέφανο Τραχανά:
διαβάστε περισσότερες λεπτομέρειες στο άρθρο του Nature «Quantum feat: physicists observe entangled quarks for first time» – https://www.nature.com/articles/d41586-024-02973-7
Κατηγορίες:ΚΒΑΝΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ, ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΑ, LHC
physicsgg 
Δεν μου φαίνεται περίεργη η κβαντική συμπλεξη.Μοιαζει με το κλασικό ανάλογο δύο κυβων ενος μαύρου και ενός άσπρου. Αν τους καλύψω και τους απομακρύνω και στην συνέχεια δω το χρώμα του ενος αμέσως γνωρίζω το χρώμα του άλλου. Τα σωματίδια συμπλεκουν τις ιδιότητες τους κατά την αρχική τους αλληλεπιδραση
Κάτι παρόμοιο έλεγαν και οι αρνητές της κβαντικής θεωρίας και οπαδοί της θεωρίας των κρυμμένων μεταβλητών που θα συμπλήρωνε τη κβαντομηχανική. Ότι το σπιν των σωματιδίων (το χρώμα των κύβων στην περίπτωσή μας) δεν καθορίζεται από τη μετρητική συσκευή την στιγμή της μέτρησης, αλλά έχει προκαθοριστεί από το σημείο εκπομπής τους με βάση τις τιμές που δόθηκαν εκεί στις κρυμμένες μεταβλητές του συστήματος.
Ωραίο άρθρο. Κλείνοντας, ας θυμηθούμε και τον Χόκινγκ:
Ο Θεός όχι μόνο παίζει ζάρια με το σύμπαν, αλλά τα ρίχνει κι εκεί που δεν μπορούμε να τα βρούμε.