Физики открыли совершенно новый тип квантовой запутанности

Физики открыли совершенно новый тип квантовой запутанности — явление, связывающее частицы на любом расстоянии. В экспериментах на коллайдерах новая запутанность позволила ученым заглянуть внутрь атомных ядер более подробно, чем когда-либо прежде.

Пары частиц могут настолько переплестись друг с другом, что одну уже невозможно описать без другой, как бы далеко они ни находились друг от друга. Что еще более странно, изменение одной из них мгновенно вызовет изменение ее партнера, даже если он находился на другом конце вселенной.

Идея, известная как квантовая запутанность, кажется нам невозможной, поскольку мы находимся в сфере классической физики. Даже Эйнштейн был встревожен этим, назвав запутанность «жутким действием на расстоянии». Тем не менее, десятилетия экспериментов неизменно подтверждают запутанность, и она составляет основу новых технологий, таких как квантовые компьютеры и сети.

Обычно наблюдения квантовой запутанности производятся между парами фотонов или электронов, идентичных по своей природе. Но теперь команда ученых из BNL впервые обнаружила пары разнородных частиц, подвергающихся квантовой запутанности.

Открытие было сделано на релятивистском коллайдере тяжелых ионов (RHIC) в Брукхейвенской лаборатории, который исследует формы материи, существовавшие в ранней Вселенной, путем ускорения и столкновения ионов золота. Но команда обнаружила, что даже когда ионы не сталкивались, из этого можно было многому научиться.

Ускоренные ионы золота окружены небольшими облаками фотонов, и когда два иона проходят близко друг к другу, фотоны одного из них могут запечатлеть внутреннюю структуру другого более подробно, чем когда-либо прежде. Причем это может произойти только благодаря беспрецедентной форме квантовой запутанности.

Фотоны взаимодействуют с элементарными частицами внутри ядра каждого иона, запуская каскад, который в конечном итоге производит пары частиц, называемых пионами, одну положительную и одну отрицательную.

Известно, что некоторые частицы также можно описать как волны, и в этом случае волны от обоих отрицательных пионов и обоих положительных усиливают друг друга. В результате на детектор попадает только одна положительная и одна отрицательная волновая функция пиона.

Это указывает на то, что каждая пара положительных и отрицательных пионов запутана друг с другом. Ученые говорят, что если бы это было не так, волновые функции, попадающие на детектор, были бы совершенно случайными.

Таким образом, это первое обнаружение квантовой запутанности разнородных частиц.«Мы измеряем две исходящие частицы, и ясно, что их заряды разные — это разные частицы, — но мы видим интерференционные картины, указывающие на то, что эти частицы запутаны или синхронизированы друг с другом, даже если они являются различимыми частицами», — говорят ученые.

Наряду с расширением нашего понимания квантовой физики это открытие может привести к новым технологиям, таким как метод, который команда использовала, чтобы заглянуть внутрь ядра ионов золота.

Исследование было опубликовано в журнале Science Advances.