Najnowsze odkrycia fizyków zogniskowane zostały na strukturę protonu – jednego z podstawowych elementów budujących wszechświat. Okazuje się, że jego wnętrze jest nie tylko pełne kwarków i gluonów, ale wygląda na to, że jest on niezwykle istotny dla zjawiska splątania kwantowego — to zaś mocno zaintrygowało naukowców.
Przez dziesięciolecia fizycy postrzegali proton jako uporządkowany zbiór kwarków i gluonów – cząstek elementarnych, które utrzymują się razem dzięki oddziaływaniom silnym. Nowe badania oparte na osiągnięciach m.in. informatyki kwantowej ów obraz nieco skomplikowały. Okazało się, że kwarki i gluony wewnątrz protonu są właśnie kwantowo splątane — to oznacza, że ich stany są ze sobą nierozłącznie związane, niezależnie od odległości.
Splątanie to zjawisko, które przez lata było głównie teoretycznym pojęciem w mechanice kwantowej. Teraz fizycy uzyskali eksperymentalne dowody na istnienie tego zjawiska w strukturze protonu. Dzięki temu odkryciu fizyka cząstek elementarnych mocno zyska — pozwoli wyjaśnić mnóstwo tajemnic, nad którymi od lat głowili się badacze i popchnie kilka innych badań do przodu. To wręcz pewne.
Sprawdź również: Znaczący postęp w teleportacji kwantowej. Jesteśmy w tym coraz lepsi
Fizycy z Brookhaven National Laboratory przeanalizowali dane ze zderzeń elektron-proton, które pozwoliły im dokładnie prześledzić interakcje kwarków i gluonów. Wykorzystując narzędzia ze wspomnianej już informatyki kwantowej, naukowcy wykazali, że w przypadku splątania kwantowego wewnątrz protonu występuje wysoki poziom entropii – czyli miary nieuporządkowania.
Naukowcy porównują ów stan do dziecięcego pokoju pełnego rozrzuconych zabawek i ubrań – to zasadniczo "tylko chaos". Ale kryje on w sobie również pewne informacje — wiemy, czym dziecko się bawiło i możemy dowiedzieć się też, czy w trakcie zabawy np. jadło czekoladę (bo zabawki będą nią najpewniej ubrudzone). Analogicznie — nieporządek w danych ze zderzeń protonów ujawnia, że splątanie kwantowe odgrywa istotną rolę w strukturze protonu. Wnioski te potwierdzają dodatkowo dane zebrane w niemieckim zderzaczu HERA oraz w Wielkim Zderzaczu Hadronów CERN. Wygląda na to, że prawidłowości odkrycia możemy być pewni właściwie w stu procentach.
Splątanie kwantowe może tłumaczyć, dlaczego kwarki i gluony pozostają zamknięte w protonach mimo ogromnej zgromadzonej wewnątrz. To pytanie od dawna nurtuje fizyków jądrowych. Owo splątanie wynika z oddziaływań silnych, które generują ogromne ilości par kwark-antykwark i gluonów. Badania te są pierwszym krokiem do określenia, jak splątanie kwantowe wpływa na inne zjawiska w fizyce jądrowej.
Co więcej, wyniki mogą pomóc w badaniu zachowania protonów w większych strukturach: warto byłoby przecież zbadać w ten sposób jądra atomowe, oraz wykorzystać zgromadzone informacje w eksperymentach planowanych w Electron-Ion Colliderze – najnowszym projekcie badawczym Brookhaven Lab, który ma ruszyć w latach 30. XXI wieku.
Tak nawiasem, ciekawie to brzmi: "lata 30.". Kojarzą się nam one przede wszystkim z czasem przedwojennym w ubiegłym wieku, a tu proszę - już się do nich zbliżamy - tyle że 100 lat później! Rozejrzyjcie się: spójrzcie, jak zmienił się świat, jak zmieniła się nauka.
Sprawdź również: Komputery kwantowe będą bardziej praktyczne. Wszystko dzięki „kryształom czasu”
To podstawowy problem w powszechnym podejściu do osiągnięć nauki: wydaje nam się, że odkrywamy mnóstwo rzeczy, ale większość z nich nie wpływa bezpośrednio na nasze życie. Bo przecież: "co nam po odkryciach naukowców, skoro nie dzieje się żadna wielka rewolucja". To błąd, bo suma wielu odkryć równa się ciągłym skokom technologicznym. Wyjaśnienie zjawiska splątania kwantowego w protonach otwiera drzwi do nowych gadżetów i zastosowań.
W gronie możliwych implikacji odkrycia znajdują się m.in. rozwój bardziej precyzyjnych symulacji w fizyce jądrowej, co w przyszłości może znaleźć zastosowanie w energetyce, medycynie i technologiach obronnych. Upraszczając: badania z użyciem diagnostyki nuklearnej będą dokładniejsze, a i być może uda nam się szybciej stworzyć infrastrukturę elektrowni wykorzystujących fuzję jądrową. Bo to, że takowe powstaną, jest zasadniczo pewne. Pytanie tylko: "kiedy".
Przyszłość fizyki jądrowej wydaje się być nierozerwalnie związana z badaniem splątania kwantowego. Od dawna wiemy, że kwarki i gluony kryją w sobie klucz do zrozumienia wszechświata — a to przecież dopiero początek. Skoro tak, to możemy spodziewać się kolejnych istotnych odkryć naukowców: pod tym względem będzie się jeszcze naprawdę dużo działo.
Hej, jesteśmy na Google News - Obserwuj to, co ważne w techu
