Фізики вперше виявили "жахливе" квантове явище у фундаментальних частинках Всесвіту.

Фізики давно припускали, що кварки та глюони, з яких складаються протони, можуть перебувати в стані квантової заплутаності. Кварки та глюони є фундаментальними частинками Всесвіту. Тепер вперше з'явилося пряме доказательство наявності цього дивного явища всередині субатомної частинки — протона, з якого, крім нейтрона, складаються ядра атомів. Нове відкриття описано в дослідженні, опублікованому в журналі Reports on Progress in Physics, пише Live Science.

Частинки в стані квантової заплутаності пов'язані між собою таким чином, що зміна однієї частинки миттєво викликає зміну іншої, навіть якщо вони розділені величезними відстанями. Альберт Ейнштейн спочатку відкидав цю ідею і називав квантову заплутаність "моторошною дією на відстані". Але більш пізні дослідження довели, що дивне квантове явище все ж існує.

Фізики вперше виявили існування квантової заплутаності між кварками та глюонами всередині протонів на відстані в одну квадрильйонну метра, що дозволяє частинкам обмінюватися інформацією по всьому протону. Таким чином, нове відкриття змінює уявлення про внутрішню структуру та особливості цієї субатомної частинки.

Хоча квантова заплутаність була доведена ще в 70-х роках минулого століття, багато аспектів цього дивного явища залишаються відносно невивченими. Це стосується й квантової заплутаності між кварками.

Суть у тому, що субатомні частинки не існують самостійно, а замість цього зливаються в різні комбінації частинок, відомі як адрони. Частина адронів називається баріонами. Такі баріони, як протони та нейтрони, складаються з трьох кварків, які тісно пов'язані з глюонами, переносниками сильної взаємодії.

Коли окремі кварки відриваються від адронів, то енергія, яку використовують для їх витягування, робить ці частинки нестабільними і перетворює їх на струмені частинок під час процесу адронізації. Це ускладнює задачу просіювання трильйонів продуктів розпаду частинок для відновлення їх початкового стану неймовірно складною. Але саме це й зробили фізики.

Щоб вивчити внутрішній стан протонів, фізики використовували дані, отримані під час експериментів на Великому адронному колайдері. Після цього фізики застосували принцип з квантової інформатики, згідно з яким ентропія системи, тобто міра того, скільки енергетичних станів може бути організовано в системі, збільшується з квантовою заплутаністю.

Вчені порівняли струмені частинок з розрахунками їх ентропії та виявили, що кварки та глюони всередині протонів, які стикаються в прискорювачі частинок, перебувають у максимально можливому стані квантової заплутаності. При цьому кожна частинка ділиться максимально можливою інформацією.

За словами фізиків, це відкриття допоможе краще зрозуміти природу фундаментальних частинок Всесвіту. Наприклад, можна отримати відповідь на питання, чому кварки та глюони залишаються замкненими всередині протонів. Також фізики вважають, що квантова заплутаність всередині протонів може впливати на структуру ядер атомів, але ще потрібно з'ясувати, яким чином це відбувається.