İlk defa Kuarklardaki Kuantum Dolanıklılığı Ölçüldü

Kuantum dolanıklık en tepeye ulaştı.

Bilim insanları, bilinen en ağır temel altatomik parçacıklar olan üst kuarklar arasında meydana gelen tuhaf bir kuantum olayı olan dolanıklığı ölçmeyi başardılar. Bu, kuark çiftleri arasında tespit edilen ilk dolanıklık örneğidir. Kuarklar, protonlar ve nötronlar da dahil olmak üzere daha büyük parçacıkları oluşturan bir altatomik parçacık sınıfıdır.

Dolanık parçacıklar, birbirleriyle bağlantılı veya ilişkili özelliklere sahiptir; bu da iki parçacığın, aralarındaki mesafe ne kadar büyük olursa olsun, tek bir birim gibi davranmasına neden olur . Dolanıklık, genellikle ışık parçacıkları ya da fotonlar kullanılarak nispeten küçük laboratuvar deneylerinde incelenir. Buna karşın, yeni yapılan bu ölçüm, Cenevre yakınlarındaki CERN’de bulunan dünyanın en güçlü parçacık hızlandırıcısı Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nı gerektirmiştir. Bu, şimdiye kadar tespit edilen en yüksek enerjili dolanıklık ölçümüdür.

Proton çarpışmalarından elde edilen verileri kullanan bilim insanları, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'ndaki bir parçacık dedektörü olan ATLAS deneyi ile üst kuark ve antimadde karşılığı olan üst antikuarkın oluştuğu çarpışmaları incelediler. Bu iki parçacık, dönme hareketine benzeyen bir kuantum özelliği olan spinleri aracılığıyla dolanık hale gelir. Yani, bu iki parçacığın spinleri birbirine bağlıdır; birinin spinini ölçtüğünüzde diğerinin spinini de anında öğrenebilirsiniz.

Dolanıklığı tespit edebilmek için bilim insanları, üst kuark ve antikuarkın bozunarak dönüştüğü parçacıkları gözlemlediler. Bu parçacıkların yayılma açıları, dolanıklığın varlığını ortaya koydu. ATLAS işbirliği araştırmacıları bu bulguları 18 Eylül'de Nature dergisinde yayımladılar. (Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'ndaki bir başka deney olan CMS de bu yıl, henüz hakem incelemesinden geçmemiş bir çalışmada, üst kuark dolanıklığına dair kanıtlar buldu.)

Üst kuarklar, kuarklar arasında özel bir yere sahiptir. Genelde kuarklar yalnız olmayı sevmezler, bu yüzden yüksek hızdaki çarpışmalarla serbest kaldıklarında hızla kuark-antikuark çiftleri ortaya çıkar ve bu çiftler daha büyük parçacıklara dönüşür. "Hadronizasyon" olarak bilinen bu süreç, dolanıklık izlerini ortadan kaldırır. Ancak üst kuarklar ve antikuarklar o kadar hızlı bozunur ki hadronizasyon gerçekleşmez ve bozundukları parçacıklar, dolanıklık izlerini taşıyabilir.

Bu nedenle, dolanıklığı kanıtlamak söz konusu olduğunda, üst kuarklar avantajlıdır.

The ATLAS Collaboration. Observation of quantum entanglement with top quarks at the ATLAS detector. Nature. Published online September 18, 2024. doi: 10.1038/s41586-024-07824-z.