Физици откриха „невидима нишка“ между частиците

Американски физици предложиха нов начин за изучаване на един от най-загадъчните процеси във физиката на елементарните частици – адронизацията (когато кварките и глуоните се превръщат в наблюдаеми частици като пиони и протони). Вместо традиционните анализи на сблъсъците те прилагат концепцията за квантовото заплитане – характеристика на микрокосмоса, при която състоянието на една частица е пряко свързано с друга, дори ако между тях има голямо разстояние.

Изследването е проведено от специалисти от университета „Стоуни Брук“ и Националната лаборатория „Брукхейвън“. Те публикуваха статия в списание Physical Review Letters и за първи път свързаха максималното квантово заплитане с механизмите на образуване на джетове – тесни струи от частици, възникващи при сблъсъците на протони в ускорителя LHC в ЦЕРН.

Вече е известно, че при високи енергии във вътрешността на протоните кварките и глуоните се намират в състояние на максимално възможно заплитане. Това означава, че промяната на състоянието на един от тях моментално се отразява на останалите. Учените решават да проверят дали това заплитане влияе на начина, по който се раждат и разпадат частиците в джетовете.

За тази цел те анализират експериментални данни от колаборацията ATLAS от Големия адронен колайдер. Авторите сравняват данните за фрагментацията – процесът, при който елементарните частици се превръщат в адрони – с прогнозите, получени от теорията за максималното заплитане.

Резултатите показват изненадващо съвпадение: структурата на джетовете и разпределението на частиците в тях могат да бъдат описани чрез ентропията, свързана с нивото на заплитане между кварките и глуоните.

Според изследователите този подход може да осигури нов мост между двата режима на квантовата хромодинамика – теорията, която описва взаимодействието на силната ядрена сила. Една от дългосрочните последици от работата би могла да бъде напредък в решаването на проблема с ограничаването на цветовете – явление, което прави невъзможно наблюдаването на кварките самостоятелно. Той остава един от основните нерешени проблеми във физиката на високите енергии.

Следващата стъпка ще бъде изучаването на заплитането не само в протонните сблъсъци, но и в ядрените процеси. За тази цел екипът планира да използва данни от бъдещия електронен и йонен колайдер (EIC), където ще бъде възможно да се наблюдава поведението на кварките и глуоните при други условия.

Освен това учените искат да разработят по-точни модели, основани на принципите на квантовата информация, за да получат по-задълбочено разбиране на механизмите на раждане на частиците. Това, от своя страна, ще подобри точността на прогнозите при бъдещи експерименти в областта на физиката на високите енергии.