تكشف الجسيمات التي خلفتها بوزونات Z المتحللة عن دليل قوي على التشابك الكمي في مصادم الهادرونات الكبير التابع لـ CERN.
بوزونات Z ، وهي جسيمات أولية ثقيلة تتحلل بمجرد تشكلها تقريبًا، تترك وراءها أدلة على اتصال يمكن أن يدوم بعد الانفصال المادي. يربط هذا الارتباط، المعروف باسم التشابك الكمي، الخصائص الكمومية للجسيمات بحيث يكشف قياس أحدهما معلومات عن الآخر، حتى عندما تكون متباعدة.
وجد فريق دولي، يضم فيزيائيين من جامعة أكسفورد، دليلًا قويًا على التشابك بين أزواج بوزونات Z باستخدام تجربة ATLAS في مصادم الهادرونات الكبير التابع لـ CERN بالقرب من جنيف، سويسرا. نشرت في رسائل المراجعة البدنيةوتمثل النتائج واحدة من أعلى تأكيدات الطاقة للتشابك التي تم تسجيلها على الإطلاق، وتوسع دراستها لتشمل الجسيمات التي لا توجد إلا بشكل عابر في ظل الظروف القاسية.
قال المؤلف المشارك في الدراسة البروفيسور آلان بار، من قسم الفيزياء بجامعة أكسفورد: “لقد اعتدنا على التفكير في التشابك كشيء حساس، يُرى في التجارب المعملية باستخدام فوتونات مفردة. العثور عليه حيًا وبصحة جيدة بين جسيمات ثقيلة وقصيرة العمر مثل بوزونات Z ، التي نشأت في بعض من أعنف الاصطدامات التي يمكن أن ننتجها على الأرض، يُظهر مدى أهمية هذا التأثير الكمي وقوته حقًا. إنه تذكير لطيف بأن نفس القواعد الغريبة لـ إن ميكانيكا الكم التي قد تزود أجهزة الكمبيوتر الكمومية بالطاقة في يوم من الأيام، تعمل في كل مكان في الطبيعة، حتى في الطاقات القصوى لمصادم الهادرونات الكبير.
تتبع التشابك بعد اختفاء بوزونات Z
جاءت بوزونات Z في هذه الدراسة من اضمحلال بوزونات هيغز، وهي الجسيمات التي تم اكتشافها في مصادم الهادرونات الكبير في عام 2012. لإنتاج بوزونات هيغز، يقوم المصادم بتحطيم البروتونات التي تتحرك بسرعة 99.99٪ من سرعة الضوء، مع طاقات تصادم تبلغ 13 تريليون إلكترون فولت.
اتبع الباحثون عملية اضمحلال ينتج فيها بوزون هيغز اثنين من بوزونات Z ، يتحلل كل منهما بعد ذلك إلى زوج من الإلكترونات أو الميونات. الميونات هي جسيمات تشبه الإلكترونات ولكنها أثقل. على الرغم من أن بوزونات Z تختفي على الفور تقريبًا، إلا أن ATLAS يمكنه أن يتتبع بدقة منتجات اضمحلالها الأطول أمدًا.
تحمل الزوايا التي تظهر عندها الإلكترونات والميونات معلومات حول دوران بوزونات Z الأصلية، وهي خاصية كمومية مرتبطة بالزخم الزاوي. ومن خلال إعادة بناء تلك الزوايا، تمكن الفريق من استنتاج الدورات واختبار ما إذا كانت مرتبطة من خلال التشابك. وقد سمح هذا للباحثين بالتحقيق في العلاقة الكمومية بين الجسيمات التي اختفت بالفعل.
من الفوتونات إلى الكواركات العلوية المتشابكة
سبق أن تم إثبات التشابك مع الفوتونات والإلكترونات والأيونات المحاصرة. وصفه ألبرت أينشتاين بشكل مشهور بأنه “عمل شبحي عن بعد”، لكن اختباره في جسيمات ضخمة سريعة التحلل يتطلب نهجًا تجريبيًا مختلفًا.
كان بار، الذي ساعد في بناء مصادم الهادرونات الكبير، من بين أول من اقترح استخدام مصادمات الجسيمات لدراسة التشابك عند طاقات تتجاوز بكثير تلك التي تم اكتشافها في الاختبارات السابقة. لقد أدرك أن الأداة المصممة لاكتشاف الجسيمات يمكنها أيضًا استكشاف سلوكها الكمي. وقد ساهمت أفكاره في تجربة ATLAS لعام 2023 التي أظهرت التشابك بين أزواج من الكواركات العلوية، وهي أثقل الجسيمات الأولية المعروفة. يوسع قياس بوزون Z هذا العمل إلى نوع آخر من الجسيمات.
يمكن للأدوات الكمومية أن تكشف عن فيزياء جديدة
تعتمد تجارب المصادم هذه أيضًا على علم المعلومات الكمومية، وهو المجال وراء الحوسبة الكمومية. يسمح التشابك بمعالجة الكيوبتات المتعددة، وهي الوحدات الأساسية للمعلومات الكمومية، في عملية واحدة وليس بشكل فردي، مما يدعم الحسابات المتوازية. كما أنه يدعم الأساليب الناشئة لشبكات الاتصالات الكمومية الآمنة للغاية والأجيال الجديدة من أجهزة الاستشعار.
يقوم الفيزيائيون بتكييف الأفكار والأدوات من هذا المجال لتحليل قياسات المصادم بشكل أكثر حساسية. يمكن لمثل هذه الأساليب أن تكشف عن تأثيرات خفية تتجاوز الفهم الحالي لفيزياء الجسيمات.
ستمنح مجموعات البيانات الأكبر حجمًا الباحثين المزيد من الفرص لتطبيق هذه التقنيات. يساعد باحثو أكسفورد في ترقية كاشف ATLAS ، الذي سيعمل جنبًا إلى جنب مع مصادم الهادرونات الكبير عالي السطوع. ومن المتوقع أن تدعم التحسينات معًا تحقيقات أكثر تفصيلاً للظواهر الكمومية وتوفر كميات هائلة من البيانات لتحليل طرق المعلومات الكمومية الجديدة.
تقوم البروفيسور دانييلا بورتوليتو، من قسم الفيزياء بجامعة أكسفورد، بتنسيق جهود المملكة المتحدة لإنتاج وحدات لنظام البكسل الخاص بكاشف ATLAS الذي تمت ترقيته. وقالت: “يُظهر هذا القياس القوة العلمية لتعاون ATLAS والقدرات الفريدة لمصادم الهادرونات الكبير التابع لـ CERN. وقد لعب باحثو أكسفورد دورًا رائدًا في تطوير هذه الأساليب الجديدة لدراسة الظواهر الكمومية بأعلى الطاقات، ونحن فخورون بالمساهمة في الجهد الدولي الذي يفتح طرقًا جديدة لاستكشاف القوانين الأساسية للطبيعة”.
تثير القياسات أيضًا تساؤلات حول كيفية تفسير ميكانيكا الكم. في أكسفورد، شارك بار في قيادة مشروع متعدد التخصصات يجمع بين الاختبارات التجريبية على أصغر المقاييس وأعلى الطاقات مع التحقيقات الفلسفية لما تكشفه تلك الاختبارات عن الواقع.
قال الباحث الرئيسي المشارك في المشروع البروفيسور كريس تيمبسون، من كلية الفلسفة بجامعة أكسفورد: “التشابك هو الجانب الواعد والأكثر إثارة للحيرة في الواقع الكمي؛ تقدم تجارب المصادم هذه التي تكشف التشابك حدودًا جديدة في التحقيقات حول أسس ميكانيكا الكم”.
المرجع: “قياسات تشابك زوج-Z-Boson في اضمحلال بوزونات هيغز في تجربة ATLAS” بقلم G. Aad ، E. Aakvaag ، B. Abbott ، S. Abdelhameed ، K. Abeling ، NJ Abicht ، SH Abidi ، M. Aboelela ، A. Aboulhorma et al. (تعاون أطلس)، 11 سبتمبر 2026، رسائل المراجعة البدنية.
دوى: 10.1103/y1nh-1b82
لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.
scitechdaily.com
