Det er lykkedes forskerne ved CERN at observere kvantesammenfiltring mellem "topkvarker" og ved de højeste energier. Dette blev første gang rapporteret i september 2023 og siden bekræftet af en første og anden observation. Parrene af "topkvarker" produceret ved Large Hadron Collider (LHC) blev brugt som et nyt system til at studere sammenfiltring.
"Topkvarkerne" er de tungeste fundamentale partikler. De henfalder hurtigt og overfører dets spin til dets henfaldspartikler. Topkvarkens spin-orientering udledes af observation af henfaldsprodukter.
Forskerholdet observerede kvantesammenfiltring mellem en "topkvark" og dens antistof-modstykke ved en energi på 13 teraelektronvolt (1 TeV=1012 eV). Dette er den første observation af sammenfiltring i et par kvarker (top-kvark og antitop-kvark) og den hidtil højeste energi-observation af sammenfiltring.
Kvantesammenfiltring ved høje energier er stort set forblevet uudforsket. Denne udvikling baner vejen for nye undersøgelser.
I kvantesammenfiltrede partikler er tilstanden af en partikel afhængig af andre uanset afstand og det medium, der adskiller dem. Kvantetilstanden af en partikel kan ikke beskrives uafhængigt af tilstanden af de andre i gruppen af sammenfiltrede partikler. Enhver ændring i én, påvirker andre. For eksempel er et elektron- og positronpar, der stammer fra henfald af en pi-meson, sammenfiltret. Deres spin skal summeres til pi-mesonens spin, og ved at kende spin af en partikel kender vi til spin af den anden partikel.
I 2022 blev Nobelprisen i fysik tildelt Alain Aspect, John F. Clauser og Anton Zeilinger for eksperimenter med sammenfiltrede fotoner.
Kvantesammenfiltring er blevet observeret i en lang række systemer. Det har fundet anvendelser inden for kryptografi, metrologi, kvanteinformation og kvanteberegning.
***
Referencer:
- CERN. Pressemeddelelse - LHC-eksperimenter på CERN observerer kvantesammenfiltring ved den højeste energi endnu. Udgivet 18. september 2024. Tilgængelig på https://home.cern/news/press-release/physics/lhc-experiments-cern-observe-quantum-entanglement-highest-energy-yet
- ATLAS-samarbejdet. Observation af kvantesammenfiltring med topkvarker ved ATLAS-detektoren. Nature 633, 542-547 (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07824-z
***
| GRUNDLÆGGENDE PARTIKLER – Et hurtigt blik |
| Fundamentale partikler klassificeres i fermioner og bosoner baseret på spin. |
| [EN]. FERMIONER har spin i ulige halve heltalværdier (½, 3/2, 5/2, ….). Disse er stof partikler bestående af alle kvarker og leptoner. – følg Fermi–Dirac statistik, – har et halvt ulige heltals spin – adlyde Pauli udelukkelsesprincippet, dvs. to identiske fermioner kan ikke indtage den samme kvantetilstand eller den samme placering i rummet med det samme kvantetal. De kan ikke begge dreje i samme retning, men de kan dreje i modsat retning  Fermionerne omfatter alle kvarker og leptoner, og alle sammensatte partikler lavet af et ulige antal af disse. - Quarks = seks kvarker (op, ned, mærkelig, charme, bund- og topkvarker). – Kombiner for at danne hadroner som protoner og neutroner. – Kan ikke observeres uden for hadroner. – Leptoner = elektroner + myoner + tau + neutrino + myonneutrino + tau neutrino. – 'Elektroner', 'op-kvarker' og 'ned-kvarker' de tre mest fundamentale bestanddele af alt i universet. – Protoner og neutroner er ikke fundamentale, men består af 'op-kvarker' og 'ned-kvarker' og er derfor sammensatte partikler. Protoner og neutroner er hver lavet af tre kvarker - en proton består af to "op" kvarker og en "ned" kvark, mens en neutron indeholder to" ned" og en "op". "Op" og "ned" er to "Smag" eller varianter af kvarker. - Baryoner er sammensatte fermioner lavet af tre kvarker, f.eks. er protoner og neutroner baryoner - Hadroner er kun sammensat af kvarker, f.eks. er baryoner hadroner. |
| [B]. BOSONER har spin i heltalværdier (0, 1, 2, 3, ….) – Bosoner følger Bose-Einstein-statistikker; har heltals spin. – opkaldt efter Satyendra Nath Bose (1894–1974), som sammen med Einstein udviklede hovedideerne bag den statistiske termodynamik af en bosongas. – ikke adlyde Pauli udelukkelsesprincippet, dvs. to identiske bosoner kan indtage den samme kvantetilstand eller samme placering i rummet med det samme kvantetal. De kan begge dreje i samme retning, – Elementære bosoner er fotonen, gluonen, Z-bosonen, W-bosonen og Higgs-bosonen. Higgs boson har spin=0, mens gauge bosonerne (dvs. foton, gluon, Z boson og W boson) har spin=1. |
| [C] KOMPOSITPARTIKLER – Sammensatte partikler kan være bosoner eller fermioner afhængigt af deres bestanddele. – Alle sammensatte partikler, der består af et lige antal fermioner, er en boson (fordi bosoner har heltals spin og fermioner har et ulige halvt heltals spin). – Alle mesoner er bosoner (fordi alle mesoner er lavet af et lige antal kvarker og antikvarker). – Stabile kerner med lige massetal er bosoner, f.eks. deuterium, helium-4, kulstof-12 osv. – De sammensatte bosoner adlyder heller ikke Paulis udelukkelsesprincip. – Flere bosoner i samme kvantetilstand smelter sammen for at danne "Bose-Einstein kondensat (BEC)." |
***
 were used as a new system to study entanglement.){kind=link}