- 19,438
- 40
- 8 Ноя 2022
Почему новое открытие так важно для изучения Вселенной?
Квантовая механика преподносит человечеству новые сюрпризы. Исследователи из Брукхейвенской национальной лаборатории и Университета Стоуни-Брук Для просмотра ссылки Войдиили Зарегистрируйся , что мощные потоки элементарных частиц, разлетающиеся после столкновений в ускорителе, обладают своеобразной "памятью" о своем рождении. Это свойство может здорово помочь нам в проверке работы будущих квантовых компьютеров. И не только…
Ключом к пониманию феномена стал анализ данных с Большого адронного коллайдера — циклопического ускорителя длиной 27 километров, расположенного под землей на границе Франции и Швейцарии. В его кольце пучки протонов, разогнанные до колоссальных энергий, сталкиваются друг с другом. При этом мельчайшие составляющие этих частиц — кварки и глюоны — врезаются друг в друга и иногда вырываются на свободу.
Однако законы природы не позволяют кваркам существовать поодиночке. Вырвавшись из протона, где их удерживали вместе глюоны, они моментально запускают цепную реакцию: делятся и воссоединяются, порождая каскад новых элементов. Этот лавинообразный процесс, который физики называют фрагментацией, приводит к рождению множества составных частиц — в основном пионов, каонов и протонов. Они вылетают из точки столкновения упорядоченными группами, образуя направленные потоки, или струи.
<blockquote>Связь между начальным моментом рождения струи и итоговым распределением фрагментов долгое время оставалась неуловимой, — поясняет Чарльз Джозеф Наим из Центра передовых исследований в ядерной физике. — Мы впервые показали: характер разлета частиц напрямую зависит от степени квантовой запутанности в момент формирования потока. </blockquote> Толчком к открытию послужило прошлогоднее исследование Чжоудунмина Ту и Дмитрия Харзеева. Тогда ученые обнаружили: чем сильнее запутаны кварки и глюоны внутри сталкивающихся протонов, тем выше степень "беспорядка" в распределении образующихся частиц. Причем уровень начальной запутанности всегда оказывался максимально возможным.
<blockquote>Нас заинтересовало, сохранится ли подобная закономерность при изучении струй, — рассказывает Ту. </blockquote> Теоретические расчеты предсказывали: если исходные компоненты максимально запутаны, то должна существовать строгая математическая зависимость между процессом их деления и хаотичностью конечного распределения адронов.
Анализ экспериментальных данных блестяще подтвердил эту гипотезу.
<blockquote>По сути, мы открыли новый квантовый аспект в механизме образования частиц, — подчеркивает Харзеев. — Информация о начальном состоянии системы каким-то образом "записывается" в конечном распределении адронов, несмотря на все промежуточные превращения. </blockquote> Это свойство квантовой памяти особенно важно для развития вычислительной техники нового поколения. По мере усложнения квантовых компьютеров проверять правильность их работы становится все труднее. Обнаруженный эффект предлагает элегантное решение: сравнивая характеристики струй при разных способах представления одной и той же конфигурации, можно контролировать точность квантовых вычислений.
Джайдип Датта, сотрудник Университета Стоуни-Брук, видит в этом открытии ключ к пониманию фундаментальных законов микромира. Ведь процесс формирования адронов играет важнейшую роль в эволюции Вселенной — именно так возникло вещество в первые мгновения после Большого взрыва.
Следующий шаг будет сделан на строящемся электрон-ионном коллайдере в Брукхейвенской лаборатории. Установка впервые позволит сравнить характеристики струй, возникающих при столкновениях электронов с одиночными протонами и целыми атомными ядрами. Ученые надеются выяснить, как далеко простираются квантовые эффекты внутри ядра и как они влияют на фундаментальные свойства материи.
Квантовая механика преподносит человечеству новые сюрпризы. Исследователи из Брукхейвенской национальной лаборатории и Университета Стоуни-Брук Для просмотра ссылки Войди
Ключом к пониманию феномена стал анализ данных с Большого адронного коллайдера — циклопического ускорителя длиной 27 километров, расположенного под землей на границе Франции и Швейцарии. В его кольце пучки протонов, разогнанные до колоссальных энергий, сталкиваются друг с другом. При этом мельчайшие составляющие этих частиц — кварки и глюоны — врезаются друг в друга и иногда вырываются на свободу.
Однако законы природы не позволяют кваркам существовать поодиночке. Вырвавшись из протона, где их удерживали вместе глюоны, они моментально запускают цепную реакцию: делятся и воссоединяются, порождая каскад новых элементов. Этот лавинообразный процесс, который физики называют фрагментацией, приводит к рождению множества составных частиц — в основном пионов, каонов и протонов. Они вылетают из точки столкновения упорядоченными группами, образуя направленные потоки, или струи.
<blockquote>Связь между начальным моментом рождения струи и итоговым распределением фрагментов долгое время оставалась неуловимой, — поясняет Чарльз Джозеф Наим из Центра передовых исследований в ядерной физике. — Мы впервые показали: характер разлета частиц напрямую зависит от степени квантовой запутанности в момент формирования потока. </blockquote> Толчком к открытию послужило прошлогоднее исследование Чжоудунмина Ту и Дмитрия Харзеева. Тогда ученые обнаружили: чем сильнее запутаны кварки и глюоны внутри сталкивающихся протонов, тем выше степень "беспорядка" в распределении образующихся частиц. Причем уровень начальной запутанности всегда оказывался максимально возможным.
<blockquote>Нас заинтересовало, сохранится ли подобная закономерность при изучении струй, — рассказывает Ту. </blockquote> Теоретические расчеты предсказывали: если исходные компоненты максимально запутаны, то должна существовать строгая математическая зависимость между процессом их деления и хаотичностью конечного распределения адронов.
Анализ экспериментальных данных блестяще подтвердил эту гипотезу.
<blockquote>По сути, мы открыли новый квантовый аспект в механизме образования частиц, — подчеркивает Харзеев. — Информация о начальном состоянии системы каким-то образом "записывается" в конечном распределении адронов, несмотря на все промежуточные превращения. </blockquote> Это свойство квантовой памяти особенно важно для развития вычислительной техники нового поколения. По мере усложнения квантовых компьютеров проверять правильность их работы становится все труднее. Обнаруженный эффект предлагает элегантное решение: сравнивая характеристики струй при разных способах представления одной и той же конфигурации, можно контролировать точность квантовых вычислений.
Джайдип Датта, сотрудник Университета Стоуни-Брук, видит в этом открытии ключ к пониманию фундаментальных законов микромира. Ведь процесс формирования адронов играет важнейшую роль в эволюции Вселенной — именно так возникло вещество в первые мгновения после Большого взрыва.
Следующий шаг будет сделан на строящемся электрон-ионном коллайдере в Брукхейвенской лаборатории. Установка впервые позволит сравнить характеристики струй, возникающих при столкновениях электронов с одиночными протонами и целыми атомными ядрами. Ученые надеются выяснить, как далеко простираются квантовые эффекты внутри ядра и как они влияют на фундаментальные свойства материи.
- Источник новости
- www.securitylab.ru
