Une étude révèle que différents types de particules peuvent subir des interférences quantiques

Selon une nouvelle étude, les physiciens nucléaires ont trouvé un moyen de scruter l’intérieur des recoins les additionally profonds des noyaux atomiques.

La découverte a été rendue doable grâce au Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) du Brookhaven National Laboratory à New York, qui est capable de faire entrer en collision des ions d’or à une vitesse proche de la lumière. Cela a conduit à la découverte d’un nouveau kind d’intrication quantique.

Le terme intrication quantique décrit un lien invisible qui relie des objets distants quelle que soit leur distance dans l’espace, ils s’influencent mutuellement. Cela signifie que si deux particules sont intriquées à un niveau quantique, en mesurant l’état quantique de l’une des particules, vous pouvez immédiatement connaître l’état quantique de l’autre, où qu’il se trouve. Par exemple, en utilisant une analogie avec une pièce de monnaie, si une particule est “confront”, les scientifiques discernent instantanément que l’autre particule est “face”, peu importe où elle se trouve dans l’univers.

Le physicien théoricien Albert Einstein a un jour rejeté le phénomène de l’intrication quantique comme une “action effrayante à length”, mais Daniel Brandenburg, co-auteur de l’étude et professeur de physique à l’Ohio Condition University, a déclaré qu’en apprendre davantage sur cette relation codépendante est fondamental pour comprendre les mystères du monde qui nous entoure.

“L’intrication est l’une des caractéristiques déterminantes qui rend la mécanique quantique si différente du style de physique qui se produit normalement autour de nous”, a-t-il déclaré.

L’étude de la façon dont les photons et les électrons interagissent avec la matière et l’affectent, la mécanique quantique est la base sur laquelle de nombreuses systems – telles que l’informatique quantique et la chimie quantique – sont construites. Malgré ces progrès, les scientifiques pensaient auparavant que seules les particules du même style étaient capables d’interférence quantique : les photons ne pouvaient interférer qu’avec les photons et les neutrons avec les neutrons. C’est-à-dire jusqu’à maintenant.

Cette nouvelle étude, publiée dans la revue Science Improvements, décrit comment une équipe de chercheurs – appelée STAR Collaboration – a utilisé le RHIC pour découvrir une forme d’intrication quantique qui montre que des particules de toutes sortes sont capables d’interagir les unes avec les autres. conduisant à des interférences dans une variété de modèles différents.

“Nous avons fait interférer différents styles de particules pour la première fois, même si auparavant les gens pensaient que ce n’était pas possible en mécanique quantique”, a déclaré Brandenburg. En utilisant le collisionneur comme un grand appareil image numérique 3D, les chercheurs ont utilisé la lumière pour suivre les particules qui se sont échappées du centre de la equipment une fois que les atomes sont entrés en collision, prenant des illustrations or photos bidimensionnelles haute résolution un peu comme la façon dont un PET scan peut être utilisé pour imager et mesurer les changements dans le corps humain.

Cette méthode a permis aux chercheurs de cartographier l’arrangement des gluons – des particules ressemblant à de la colle qui agissent comme une force de liaison pour les quarks, les particules dans les protons et les neutrons dans les noyaux atomiques. Ces interactions ont produit une particule subatomique appelée pion qui, en mesurant la vitesse et les angles auxquels la lumière a frappé le collisionneur, les chercheurs ont pu l’utiliser essentiellement comme microscope pour voir l’intérieur des noyaux atomiques d’une manière comme jamais auparavant.

“En jouant ces excursions de mécanique quantique, nous pouvons atteindre une précision qui ne devrait pas être probable autrement”, a déclaré Brandenburg. “Cette précision nous a permis de voir réellement, dans un noyau d’or individuel, où résident les protons et les neutrons.”

Ce nouveau résultat a été en partie obtenu grâce à une découverte faite par Brandebourg il y a environ deux ans, appelée le procédé Breit-Wheeler, qui détaille comment la lumière peut être transformée en matière et en antimatière. S’appuyant sur la physique de cette découverte précédente, l’équipe a pu visualiser l’intérieur du noyau à une échelle d’un dixième à un centième de la taille d’un proton individuel.

“C’est incroyablement petit”, a déclaré Brandenburg.

Les découvertes pourraient éventuellement aider à faire avancer la recherche dans plusieurs domaines, de l’informatique quantique à l’astrophysique, a-t-il déclaré.

Brandebourg, dont l’intérêt pour la physique nucléaire a commencé à l’origine dans l’astronomie, observe que parce que toute matière est connectée, l’étude du fonctionnement interne des noyaux atomiques pourrait également permettre aux astrophysiciens de discerner des facets tels que la stabilité d’une étoile, sa taille, sa densité et même remark elle s’est formée. “En faisant ce travail ici sur Terre, nous aidons à mieux comprendre les choses qui sont loin dans l’univers”, a déclaré Brandenburg.

À l’avenir, l’équipe espère étendre ses travaux en cartographiant les profondeurs d’autres forms d’objets quantiques.

“L’une des grandes questions dans notre domaine est de savoir remark comprendre les propriétés de cet élément fondamental de la matière”, a-t-il déclaré. “Avec la découverte de ce nouveau form d’enchevêtrement, nous pouvons commencer à tester ces idées pour la première fois.”

Ce travail a été soutenu par l’Office of Nuclear Physics au sein du US Office of Energy Business office of Science, la US Nationwide Science Foundation, la National Organic Science Basis of China et d’autres.