Cercetătorii de la Large Hadron Collider (LHC), cel mai mare accelerator de particule din lume, au făcut un nou pas înainte în explorarea legilor naturii. Ei au observat un fenomen de corelare cuantică între quarcii top cele mai grele particule elementare, la niveluri de energie extrem de mari. Această descoperire, descrisă într-un articol publicat în revista Nature, deschide noi perspective pentru fizica particulelor și ar putea dezvălui aspecte necunoscute ale forțelor fundamentale care guvernează universul.
Corelarea cuantică (quantum entanglement) este unul dintre cele mai misterioase fenomene ale mecanicii cuantice. Ea apare atunci când două sau mai multe particule sunt conectate într-un mod atât de profund încât, chiar și separate de distanțe uriașe, ca și cum ar fi o singură entitate, chiar și la distanțe de ani lumină. Acest fenomen este studiat pe scară largă în domeniul mecanicii cuantice, dar este de obicei observat la niveluri de energie relativ scăzute, în experimente pe particule mai ușoare, cum ar fi electronii. În centrul noii descoperiri se află quarcii top, particule fundamentale care joacă un rol cheie în structura materiei. Ele sunt cele mai grele particule elementare cunoscute, având o masă comparabilă cu cea a unei molecule de cofeină. Această masă uriașă face ca aceste particule să fie extrem de dificil de studiat în condiții obișnuite. Masa lor este atât de semnificativă încât le face obiecte deosebit de dificile de studiat în condițiile obișnuite. Această masă mare înseamnă că necesită o cantitate imensă de energie pentru a fi produsă în acceleratoarele de particule, cum ar fi LHC. Cu cât particula este mai masivă, cu atât este mai dificil să o creezi și să o detectezi. O altă particularitate a quarcilor top: sunt extrem de instabili. Odată create, acestea se descompun într-o fracțiune infinitezimală de secundă, aproximativ 0,0000000000000000000000005 secunde, care este un interval incredibil de scurt, chiar și pe o scară subatomică. Dezintegrarea ultra-rapidă a quarkului top, deși face dificilă observarea directă, oferă totuși o oportunitate valoroasă pentru fizicieni. Când un quark top se dezintegrează, rezultă alte particule, cum ar fi quarci, leptoni și bosoni. Aceste produse de dezintegrare permit cercetătorilor să înțeleagă mai bine interacțiunile fundamentale dintre particulele elementare. Rezultatele au fost obținute cu ajutorul a două dintre cei mai mari detectoare de la LHC: ATLAS și Compact Muon Solenoid (CMS). Prin ciocniri de protoni la energii extreme, au fost observate perechi de quarci top și anti-top, corelate cuantic.
În timpul coliziunilor protonilor la energii extrem de mari, quarcii top și anti-top sunt produși în perechi. Aceste perechi de quarci top s-au corelat cuantic imediat ce s-au format. Aceasta înseamnă că proprietățile lor, cum ar fi spinul lor, au rămas legate, indiferent cât de îndepărtate erau. Această corelare cuantică a fost detectată cu o certitudine statistică mai mare de cinci abateri standard, ceea ce înseamnă că cercetătorii pot spune cu încredere că acest fenomen este real și nu este un rezultat întâmplător.
Această descoperire nu este doar o realizare tehnică: are implicații profunde pentru Fizica particulelor. Într-adevăr, corelarea cuantică la aceste niveluri de energie oferă o nouă fereastră pentru a testa modelul standard, teoria care descrie interacțiunile dintre particulele elementare și forțele fundamentale. Acest model a fost validat în mare parte de zeci de ani de experimente, dar unele observații recente, cum ar fi această corelare cuantică la niveluri de energie ridicată, ar putea sugera că există fenomene dincolo de modelul standard. Acest studiu ar putea oferi, de asemenea, indicii despre fenomene exotice, cum ar fi materia întunecată sau gravitația cuantică, care încă evită înțelegerea noastră actuală. Corelarea cuantică a quarcilor top, observată la energii fără precedent, ar putea dezvălui astfel legi ale fizicii care sunt încă inaccesibile instrumentelor și teoriilor actuale.
