Böyük Hadron Kollayderində "sehr" aşkarlandı

Kvant Sistemlərində "Sehr"in Kəşfi Hissəcik Fizikasında Yeni Üfüqlər Açır

Kvant informasiyası sahəsində tədqiqatçılar kvant sistemlərində "sehr"i necə yaratmaq və gücləndirmək yollarını axtararkən, bu mövzu bəzi hissəcik fiziklərinin diqqətini çəkdi. Onların arasında Martin və Kris Vayt qardaşları da var idi. Onlar "sehr"in elementar hissəciklər sistemlərində necə yarandığını merak edirdilər. Kris Vayt deyib: "Biz düşündük ki, Böyük Adron Kollayderi bir kvant sistemidir. Top kvarklar da bir kvant sistemidir. Bu sistemlərə baxaraq, onların "sehrli" olub-olmadığını öyrənə bilərikmi?"

2024-cü ilin sonlarında onlar bunu necə edəcəklərinə dair bir üsul təklif etdilər. Bu, qardaşların ilk birgə işi idi. Martin Vayt nəşr zamanı çox duyğusal anlar yaşadığını və uzun illər birlikdə işləmək istədiklərini bildirib. Regina Demina konfransda qardaşlarla görüşəndə, onların ideyası onu CMS qrupuna bu təklifi gətirməyə ruhlandırdı. O, onların eyni əkiz olduqlarını, birinin Böyük Britaniyada, digərinin isə Avstraliyada işlədiyini qeyd edərək düşüncələrini bölüşdü: "Onlar çox uzaq məsafələrə ayrılsa da, hələ də dolaşıq vəziyyətdədirlər."

"Sehr"in Ölçülməsi və Gözlənilməz Kəşflər

Top kvarkların sehrini aşkara çıxarmaq üçün CMS kolleksiyasında böyük həcmdə toqquşma məlumatlarını təhlil etdi. Təhlil zamanı müxtəlif istiqamətlərə uçan top kvark cütlərinin spinləri qeydə alındı. Bu, komandaya spin korrelyasiya matrisi adlanan bir cədvəli tamamlamağa imkan verdi. Həmin matris hissəciklərin x, y və z istiqamətlərində spinləri arasındakı korrelyasiyaları tam şəkildə təsvir edir. Fiziklər bu matrisdən istifadə edərək "sehr"i hesablayırlar.

Dolaşıq kvark cütlərinin həqiqətən də "sehr"ə malik olduğu təsdiqləndi. CMS-in bu ölçümü, bir zamanlar az tanınan kvant hesablama konsepsiyasının hissəcik fizikasının sahəsinə daxil olmasını qeyd etdi. "Sehr"in öyrənilməsinin əsas məqsədi elementar hissəciklər haqqında yeni biliklər əldə etməkdən daha çox, kvant kompüterlərini təkmilləşdirməkdir. Lakin belə detallı bir ölçmə üçün inkişaf etdirilən həssas metodlar gözlənilməz bir nəticəyə gətirib çıxardı: fiziklər top kvark və anti-top kvarkın bəzən əlavə dolaşıq olduğunu müşahidə etdilər. Bu hallarda kvarklar güclü şəkildə birləşərək toponium adlı çətin tapılan bir hissəcik əmələ gətirirdi. Toponium 1990-cı ildə proqnozlaşdırılmışdı, lakin ATLAS-ın top kvark tədqiqat qrupunun lideri Marsel Vosun sözlərinə görə, Böyük Adron Kollayderi kimi bir kollayderin onu görməsi üçün "çox incə bir təsir" olduğu düşünülürdü.

CMS və ATLAS 2025-ci ilin mart və iyul aylarında toponium ölçümlərini yayımladılar. Vos bildirib ki, "bu, bütün bu işlərdən əldə etdiyimiz ilk əməli nəticəmizdir."

Kvant Sistemlərində Yeni Tədqiqat İstiqamətləri

Bəzi fiziklər hissəcik fizikası ilə kvant informasiya nəzəriyyəsi arasındakı yeni üst-üstə düşmədə Böyük Adron Kollayderindən istifadə edərək kvant dolaşıqlığı haqqında incə sualları araşdırmaq imkanını həyəcanverici hesab edirlər.

Məsələn, Vos soruşub: "Top kvark parçalandıqdan sonra dolaşıq sisteminizlə nə baş verir? Top kvarkın "qız" hissəcikləri hələ də anti-top kvarkla dolaşıq olacaqmı? Kvant sahə nəzəriyyəsi onların belə olmalı olduğunu deyir, lakin bunu heç kim sınamayıb."

Bu eksperimentlər həmçinin kvantdan klassikaya keçid — kvant obyekti qeyri-müəyyən vəziyyətdən tək, müəyyən bir vəziyyətə necə keçir — haqqında yeni fikirlər təqdim edə bilər. Bu, kvant obyekti ölçüldükdə baş verir, lakin bu vəziyyətdə sirr top kvark daha yüngül hissəciklərə parçalandıqda ortaya çıxır. İlkin olaraq, kvark hər iki mümkün spin istiqamətinin qeyri-müəyyən vəziyyətində olur. Parçalandıqda, kvark bir spin istiqaməti seçir və onun yaratdığı hissəciklər bu spin seçiminə əsasən müəyyən istiqamətlərdə hərəkət edir. Bu, sanki top kvark parçalanma zamanı öz spinini "ölçməyə" məcbur edilir. Barr deyib ki, "Riyazi olaraq, bu, ölçmə aparma prosesinə bərabərdir." Bu, fiziklərə kvantdan klassikaya keçid mövzusuna yeni bir baxış açısı verir.

Demina zamanla bağlı sualları araşdırmağa ümid edir. O deyib: "Elə bir nəzəriyyə var ki, zamanın təbiətin fundamental xüsusiyyəti deyil, yaranan bir xüsusiyyət olduğunu irəli sürür." Bunun necə işləyə biləcəyinə dair məşhur mexanizmlərdən biri 1983-cü ildə Don Page və William Wootters tərəfindən təsvir edilmişdir. Onlar iddia edirdilər ki, kainat bütövlükdə zamansız və dəyişməz ola bilər, müşahidəçilər isə kainat daxilində temporal təkamülü qəbul edə bilərlər. Bu qavrayış müxtəlif mümkün fəza konfiqurasiyalarının saat əqrəbləri kimi müəyyən dövri naxışa malik bir obyektin fəza konfiqurasiyaları ilə dolaşıq olmasından irəli gəlir. Bu effekt 2013-cü ildə fotonlarla nümayiş etdirilmişdir. Demina deyib: "Mənim arzum, Page-Wootters mexanizmini nümayiş etdirmək üçün bu təcrübəni elementar hissəciklər sistemində həyata keçirməkdir."

Davamlı Mübahisə və Gələcək Perspektivlər

Digərləri bu top kvark eksperimentlərinin kvant mexanikasını etibarlı şəkildə sınaqdan keçirə bilməyəcəyi ilə bağlı narahatlıqlarını dilə gətiriblər. Almaniyanın Bonn Universitetindən fizik Herbert Drayner iki yeni ilkin nəşrində bu yanaşmanın dövri olduğunu iddia edib: Kvant dolaşıqlığını ölçmək üçün çıxan parçalanma məhsullarının bucaq hərəkətini top və anti-top kvarkların spinləri ilə əlaqələndirmək lazımdır. Lakin Drayner deyib: "Birini digərinə çevirmək üçün müəyyən bir nəzəriyyədən istifadə etməlisiniz. Əgər kvant mexanikasından istifadə edirsinizsə, kvant mexanikasını sınaqdan keçirə bilməzsiniz."

Bu mübahisə davam edir. Bəziləri üçün bu bütün eksperimentasiya xətti, Böyük Adron Kollayderində 17 illik toqquşma eksperimentlərindən sonra yeni məqsədlərə ehtiyac duyulduğunun bir əlamətidir. Martin Vayt deyib: "Hər zaman yeni işlər görmək axtarışındayıq." Vos isə bildirib: "Çoxlu skeptisizm var. Lakin ipi çəkməyə başlayanda nə ilə qarşılaşacağınızı bilmirsiniz."

24 saat