Fizikçiler İlk Kez Kuarkların Kuantum Dolanıklığını Gözlemledi
Kuantum dolanıklığı en çok fotonlarda ve elektronlarda gözlemlenir. Dolanıklık fenomeninin örneğin bilgi aktarımında kullanıldığı kuantum bilgisayarlı ultra soğuk tesislerde olduğu gibi düşük enerjili koşullarda bunu kaydetmek daha kolaydır.
Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nda (LHC) çok yüksek enerjili parçacıklar üretilir, bu nedenle dolanıklıklarını kaydetmek çok daha zordur. Bir rock konserinde fısıltı duymak gibi bir şey. Ama yine de başarılı oldu.
Bilim insanları ilk kez kuarkların kuantum dolanıklığını, yani farklı parçacıkların birbirleriyle belli bir mesafede tek bir parçacık gibi etkileşime girdiği özel bir durumu gözlemledi.
Bu olgu, İsviçre’nin Cenevre kenti yakınlarındaki Avrupa parçacık fiziği laboratuvarı CERN’de bulunan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nda gözlemlendi. Bu keşif, yüksek enerjili parçacıklarda kuantum bilgi aktarımının önünü açabilir.
LHC’de dolaşıklığı gözlemlemek için ATLAS dedektöründe çalışan fizikçiler, bilinen en ağır temel parçacıklar olan yaklaşık bir milyon çift üst ve anti üst kuarkı analiz etti. Fizikçiler dolanıklığın kanıtlarını buldular.
LHC’nin diğer ana detektörü CMS’de çalışan fizikçiler, arXiv ön baskı sunucusunda yayınlanan bir raporda dolanıklık gözlemini doğruladı.
Bilim insanlarının üst kuark çiftlerinin dolaşık olabileceğinden hiç şüpheleri yoktu. Parçacık fiziğinin Standart Modeli – temel parçacıkların ve etkileşime girdikleri kuvvetlerin mevcut en iyi teorisi – dolaşıklığı tanımlayan kuantum mekaniğine dayanmaktadır. Ancak yapılan gözlem yine de çok değerlidir.
Proton-proton çarpışmalarıyla yaratılan üst ve anti üst kuark çiftleri 10^-25 saniye gibi sonsuz derecede kısa bir ömre sahiptir. Daha sonra daha uzun ömürlü parçacıklara bozunurlar.
Kuarkların dolaşıklığı
Önceki çalışmalar, üst kuarkların kısa ömürleri boyunca korelasyonlu bir spine (açısal momentuma benzer bir kuantum özelliği) sahip olabileceğini göstermiştir, ancak fizikçiler üst kuarkların spinlerinin korelasyonlu olmadığı, aslında dolaşık olduğu sonucuna varmışlardır. Korelasyon derecesini tanımlayan D parametresini belirlediler. Eğer D -1/3’ten küçükse, üst kuarklar dolaşıktı.
Kuarklar 10^-25 saniyeden fazla olmayan ihmal edilebilir bir süre boyunca ayrı bir durumda bulunurlar. Bu süre zarfında onları doğrudan gözlemlemek imkansızdır.
Bundan sonra, daha kararlı parçacıklar olan proton ve nötronları oluşturmak üzere birleşirler. Ancak İngiltere’deki Glasgow Üniversitesi’nde deneysel fizikçi olan James Howarth, ağır üst kuarkın karışmanın bir sonucu olarak spini hakkındaki bilgiyi kaybedecek zamanı olmadığını söylüyor.
Bilim insanı, bilginin “bozunan parçacıklarına aktarıldığını” da sözlerine ekliyor. Bu da araştırmacıların bozunma ürünlerinin özelliklerini ölçerek geriye doğru çalışıp ana üst kuarkın özelliklerini çıkarsayabilecekleri ve spinini hesaplayabilecekleri anlamına geliyor.
Hemen değil ama her iki deney de -1/3 dolaşıklık sınırı içinde sonuçlandı: ATLAS D = -0,537 ve CMS D = -0,480 değerlerini elde etti. Bundan sonra fizikçiler dolaşık kuarkların gözlemlendiğini duyurdular.
Üst kuarklarda dolanıklığın gözlemlenmesindeki başarı, üst kuark fiziğinin anlaşılmasını geliştirebilir ve gelecekteki yüksek enerjili dolanıklık testlerinin önünü açabilir.
Makalenin yazarlarından Yoav Afik, üst kuark deneyinin fizikçilerin görüşlerini değiştirebileceğini söylüyor: “Başlangıçta, topluluğu araştırmanın zaman ayırmaya değer olduğuna ikna etmek zordu.
Ne de olsa dolanıklık kuantum mekaniğinin temelidir ve defalarca kanıtlanmıştır. Ancak dolanıklığın yüksek enerjilerde derinlemesine incelenmemiş olması yeterli bir gerekçe.”
Derleyen: Feyza ÇETİNKOL
Kaynak: Fizikçiler İlk Kez Kuarkların Kuantum Dolanıklığını Gözlemledi
Uzaylılar Neden Henüz Bizimle İletişime Geçmedi? Kuantum Teorisi Ne Diyor?