«С появлением доказательств того, что кварки и глюоны запутаны, эта картина изменилась. Мы имеем гораздо более сложную, динамичную систему».
Учёные использовали высокоэнергетические столкновения частиц, чтобы заглянуть внутрь протонов — частиц, которые находятся в ядрах всех атомов. Это впервые показало, что кварки и глюоны, составляющие протоны, испытывают явление квантовой запутанности.
Запутанность — это аспект квантовой физики, согласно которому две участвующие в нём частицы могут мгновенно влиять на «состояние» друг друга, независимо от того, насколько сильно они разделены — даже если они находятся на противоположных концах Вселенной. Альберт Эйнштейн основывал свои теории относительности на представлении о том, что ничто не может двигаться быстрее скорости света, что, однако, должно исключать мгновенный характер запутанности.
В результате Эйнштейн был настолько обеспокоен наличием запутанности, что назвал его «spukhafte Fernwirkung» или «жутким дальнодействием». Однако, несмотря на скептическое отношение Эйнштейна к запутыванию, это «жуткое» явление было подтверждено снова и снова. Многие из этих проверок были связаны с увеличением расстояния, на котором можно продемонстрировать запутанность. В новом тесте использовался противоположный подход: запутанность исследовалась на расстоянии всего в одну квадриллионную долю метра, и оказалось, что она действительно возникает внутри отдельных протонов.
Команда обнаружила, что обмен информацией, определяющий запутанность, происходит между целыми группами фундаментальных частиц, называемых кварками и глюонами, внутри протона.
«До нашей работы никто не рассматривал запутанность внутри протона в экспериментальных данных о высокоэнергетических столкновениях, — сказал в своём заявлении член команды, физик из Брукхейвенской лаборатории Чжоудунмин Ту. — В течение десятилетий мы традиционно рассматривали протон как совокупность кварков и глюонов и сосредоточились на понимании так называемых одночастичных свойств, включая то, как кварки и глюоны распределены внутри протона.
«Теперь, с появлением доказательств того, что кварки и глюоны запутаны, эта картина изменилась. Мы имеем гораздо более сложную, динамичную систему».
Исследование группы, ставшее кульминацией шестилетней работы, уточняет понимание учёными того, как запутанность влияет на структуру протонов.
Чтобы изучить внутреннюю структуру протонов, учёные обратились к столкновениям частиц высоких энергий, которые происходят на таких установках, как Большой адронный коллайдер (БАК). Когда частицы сталкиваются на чрезвычайно высоких скоростях, они образуют новые частицы, разлетающиеся в стороны.
Команда исследователей использовала разработанную в 2017 году методику, применяющую квантовую информатику к электрон-протонным столкновениям, чтобы определить, как запутанность влияет на траектории частиц, разлетающихся в стороны. Если кварки и глюоны спутаны в протонах, то, согласно этой методике, об этом должен свидетельствовать беспорядок, или «энтропия», наблюдаемый в струях дочерних частиц.
«Для максимально запутанного состояния кварков и глюонов существует простое соотношение, которое позволяет нам предсказать энтропию частиц, образующихся при высокоэнергетическом столкновении, — говорит теоретик Брукхейвенской лаборатории Дмитрий Харзеев. — Мы проверили это соотношение с помощью экспериментальных данных».
Чтобы выяснить, насколько «грязными» становятся частицы после столкновения, команда сначала обратилась к данным, полученным в ходе протон-протонных столкновений на БАКе. Затем, в поисках более «чистых» данных, исследователи обратились к электрон-протонным столкновениям, проведённым на коллайдере Hadron-Electron Ring Accelerator (HERA) с 1992 по 2007 год.
Эти данные были предоставлены командой H1 и её представителем, а также исследователем Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) Стефаном Шмиттом после трехлетнего поиска по результатам HERA.
Сравнив данные HERA с расчётами энтропии, команда получила результаты, которые полностью совпали с их предсказаниями, предоставив убедительное доказательство того, что кварки и глюоны внутри протонов максимально запутаны.
«Запутанность возникает не только между двумя частицами, но и между всеми частицами, — говорит Харзеев. — Максимальная запутанность внутри протона возникает как следствие сильных взаимодействий, которые порождают большое количество кварк-антикварковых пар и глюонов».
Обнаружение максимальной запутанности кварков и глюонов внутри протонов может помочь раскрыть, что удерживает эти строительные блоки атомного ядра.
Раскрытие деталей запутанности между кварками и глюонами может помочь учёным исследовать более глубокие проблемы ядерной физики, например, как принадлежность к большим атомным ядрам влияет на структуру протонов. Например, можно ли, поместив протон в очень напряжённую ядерную среду, и окружив его множеством взаимодействующих протонов и нейтронов, разрушить запутанность отдельных протонов (этот процесс называется «квантовой декогеренцией»)?
«Чтобы ответить на этот вопрос, нам нужно сталкивать электроны не только с отдельными протонами, но и с ядрами, — говорит Ту. — Будет очень полезно использовать те же инструменты, чтобы увидеть запутанность в протоне, встроенном в ядро, чтобы узнать, как на неё влияет ядерное окружение».
Это будет одним из ключевых исследований, проводимых на предстоящем электронно-ионном коллайдере (EIC) Брукхейвенской лаборатории. Таким образом, эти результаты могут стать важной частью плана развития EIC, который должен начать работу в 2030 году.
«Изучение запутанности в ядерной среде, безусловно, позволит нам больше узнать об этом квантовом поведении — как оно остаётся когерентным или становится декогерентным — и лучше понять, как оно связано с традиционными явлениями ядерной физики и физики частиц, которые мы пытаемся решить», — заключил Ту.
Комментарии (19)
Driver86
23.01.2025 10:50Интересно. Но что такое "внутри протона"? Ведь, как мы знаем, протон - это не шарик, который можно распилить и посмотреть, что там внутри и какая у него оболочка.
Может ли это быть что-то типа как "внутри мозга", т.е. ментальное, а не материальное?
Хотя.......
ASY-Lviv
23.01.2025 10:50ASY-Lviv. Строго по теме: «Учёные обнаружили «пугающее дальнодействие» внутри протонов».
Правильнее озаглавить: - «Ученые продолжают исследовать эффект дальнодействия».
Световые опыты Юнга 1803 года на двух щелях были развиты до дифракции одиночных электронов на двух щелях, с получением все той же волновой картины взаимодействий.
Размеры электрона и расстояния разноса щелей были не сопоставимы.
Эксперимент глобально захватил мировую науку и развился до масштабов обнаружения четко регистрируемой фотонной связи при разносе световодов на 18 километров. Изменения фотона в одном канале приводило к синхронной деформации во втором канале. - (Университет Женевы, Micolas Gisin, 2008 г.,- Синхронная взаимосвязь одиночных фотонов превышала скорость света в 100 000 раз! ).
Масштаб «Пугающего дальнодействия» был доведен до максимума! Это не запрещает распространить его и на внутри протонное пространство.
Результат вековой и одинаков – неизвестность….причин и следствий.
Разгадка растворилась в тумане вековых ошибок и в будущем будет не простительно списана на корифея физики И.Ньютона (1666 г). Это он, списывая с арабских трудов,
одной формулой выдал (магнитную по свойствам) теорию Всемирного тяготения масс тел, которую словесно за 40 лет до его рождения пропечатал Иоганн Кеплер («Новая астрономия» 1609 г.).
Можно легко доказать существование (на 40 порядков по частоте выше видимого света) фотонной гравитации (см. работу «Основы амерной астрофизики») и тем на века осознать обычность сверх световой связи всех физических процессов на планете, звездах, галактиках и квазарах включительно. Синхронные космические осцилляции были выявлены Крымской обсерваторией (1976 г. В.А.Котов и др.).
Что бы навязать силовую связь, необходимо успеть проникнуть на каждый уровень вещества, войти во внутреннюю локальность энергетических световых процессов и синхронизировать продольной фотонной скоростью воздействия, необратимость изменений. Физически осуществить, проникающую во все виды вещества, первичную силовую модуляцию всех происходящих энергетических процессов. Кто это понимает, тот в будущем способен осознать все виды космических трансформаций. 23.01.24 г.
Ellarihan
23.01.2025 10:50А как составляющие протона могут быть не запутаны? Они в одной квантовой системе, постоянно взаимодействуют друг с другом. Как тут не быть спутанности всего со всем?
aleko7
23.01.2025 10:50Кварки то ладно , бог с ними .А вот глюоны , как определяли из запутанность ? Я конечно не особо в теме , но как мне кажется если я правильно понял что читал про них ранее . Это вроде как кванты/частицы которыми обмениваются кварки находясь под воздействием глюонного поля которое не дает этим самым кваркам разлететься в разные стороны . Которые в свою очередь не могут существовать сами по себе друг без друга . Т.е. глюоны , по сути своей виртуальные частицы и как можно проверить их запутанность ? если их заставить возникнуть то по сути своей нельзя . Или я что то неправильно понимаю ?
LinkToOS
23.01.2025 10:50А вот глюоны , как определяли из запутанность?
Косвенно, через энтропию запутанности. А энтропию запутанности оценивали через энтропию реально наблюдаемого адронного состояния. Гипотетически эти вещи связаны. Но это не точно.
Нетривиальные и нелокальные корреляции между составляющими квантовой системы могут обеспечить глубокое понимание основных свойств таких систем. В последние годы наблюдается растущий интерес к квантовой запутанности в физике высоких энергий, особенно в понимании структуры адронов, термализации, спиновой и спиральной связи партонов, нарушения неравенств Белла в конечных состояниях адронов, раннего перехода КХД Вселенной и удержания.
Для количественной оценки запутанности квантовых систем вводятся меры запутанности. Одной из таких мер является энтропия запутанности. Квантовая система, которая нас интересует, — это протон, и наша главная цель — найти энтропию, связанную с протоном, и эволюцию этой энтропии с энергией. ...
Таким образом, результирующее смешивание информации во взаимодействиях высоких энергий можно рассматривать как следствие соотношения неопределенности между фазой и числом заполнения состояний Фока, которое аналогично в квантовой оптике.
Состояние, полученное из протона после измерения DIS, является, таким образом, смешанным состоянием.
Соответствующая матрица плотности получается путем отслеживания матрицы плотности чистого состояния протона по ненаблюдаемым фазам состояний Фока и характеризуется ненулевой энтропией фон Неймана. Эту энтропию можно рассматривать как энтропию запутанности между числами заполнения и соответствующими фазами в разложении состояния Фока волновой функции протона.
После того, как эта энтропия будет произведена, она будет наблюдаться в конечном состоянии через энтропию многоадронного состояния, созданного в DIS.
В общем случае, энтропия запутанности может отличаться от энтропии конечного адронного состояния. Однако есть несколько примеров, где полученная энтропия запутанности оказывается равной энтропии конечного состояния. Таким образом, можно предположить, что энтропия запутанности равна энтропии адронного состояния, и, более того, распределение множественности адронов отражает распределение числа заполнения партонов внутри протона. Эту гипотезу можно рассматривать как более сильную форму «локальной партон-адронной дуальности». В предыдущих исследованиях было обнаружено, что это смелое предположение выполняется на удивление хорошо.
Sophiaour
23.01.2025 10:50Если так дело пойдет, вообще нормальных учёных не останется. Началось всё с Энштейна. Теперь чтобы получить грант, признание и другое финансирование необходимо запутывать свои работы и мозги студентов с этим отморозком. Гравитационные волны нашли благодаря запутанным отморозкам, которые завысили в триллион раз чувствительность своих интерферометров. Дальше больше, на основании этих "открытий" доказали существование черных дыр, теперь запутали черные дыры и глюоны с кварками. Протоны с электронами и прочей лабуденью из мира фантазий.
Aeromash
23.01.2025 10:50Абсолютно верно. Я работал с оптиками над созданием интерферометра Михельсона. Когда сказал, что сделан интерферометр с точностью менее размера атома, мне мило заулыбались и покрутили у виска. :)
sim2q
23.01.2025 10:50Обнаружение максимальной запутанности кварков и глюонов внутри протонов может помочь раскрыть, что удерживает эти строительные блоки атомного ядра.
Я в этом ничего не понимаю, но вопрос долгожительства протона меня очень беспокоит ¯\_(ツ)_/¯¯
Надеюсь в статье намёк, что копают в эту сторону.
Aeromash
23.01.2025 10:50Если в формулу классического радиуса электрона подставить значение заряда электрона определенное лабораторией Томсона, а не Миликена, то мы получим справочное значение радиуса протона. Передаем привет запутавшимся ученым из-за забора академической науки!
ASY-Lviv
23.01.2025 10:50ASY-Lviv. Уважаемые, разрешите высказать мнение по расширенной Вами дискуссии.
1. Замечание Aeromash; «Наблюдение Котова больше никто не наблюдал.»
Ответ;. В 1976 году советские астрономы А.Б. Северный, В.А. Котов и Т.Т. Цап на Крымской астрофиз. обсерватории открыли пульсации оболочки Солнца, как единого тела, с периодом 2 ч 40 мин. Изучая Солнце другим методом, во французской обсерватории Пик-дю-Миди, так же обнаружили, что поверхность его пульсирует с периодом 2 часа 40 минут, с радиальной амплитудой 10 километров! Открытия совпали. Автор замечания остался вне рамок темы.
2. Замечание касательно кварков: Цитата «В отношении кварков остаются вопросы, на которые пока ещё нет однозначного ответа:
• почему есть только три цвета, так что они позволяют трём кваркам одного аромата образовать барион без нарушения принципа Паули?
• почему имеется ровно три поколения кварков, так же как и число поколений лептонов?
• случайно ли совпадение числа цветов и числа поколений?
• случайно ли совпадение этого числа с размерностью пространства в нашем мире?
• что скрывается за квантовыми числами, присущими кваркам?
• с чем связан столь большой разброс в массах кварков?
• что приводит к различию влияния кварков на свойства адронов, кроме массы кварков?
• из чего состоят кварки?
• каковы размеры кварков?
• если кварки образовались в начале Большого взрыва, то почему не наблюдается антивещество из антикварков?
• существует ли эволюционный механизм рождения кварков и состоящих из них адронов, не связанный ни с концепцией Большого взрыва, ни с возникновением из других элементарных частиц больших энергий при их столкновениях?
• в чём причина ненаблюдаемости свободных кварков?
• что заставляет распадаться массивные кварки на менее массивные и стабильные кварки? От чего зависит характерное время такого распада?
• какова связь между глюонным полем, обеспечивающим сильное взаимодействие кварков, с электромагнитным и гравитационным полями кварков?
• как лептоны, предположительно не участвующие в сильном взаимодействии, могут порождать при своих столкновениях кварки – объекты сильного взаимодействия?
• какой смысл имеют экзотичные адроны, не укладывающиеся в стандартную кварковую схему из-за неоднозначности разбиения на кварки?
• почему преобладают мезоны из двух кварков и барионы из трёх кварков, а не адроны из произвольного количества кварков?
• что мешает виртуальным кваркам из моря кварков соединяться, наподобие валентных кварков, и образовывать новые адроны, создавая тем самым мезоны, нуклоны и вещество?
• существует ли связь между симметрией кварков, приводящей к объединению адронов в мультиплеты и супермультиплеты, и семействами Редже, построенных исходя из зависимости между спинами и квадратом массы адронов?»
http://serg.fedosin.ru/qu.htm https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9D%D0 ... 0%BA%D0%B8С уважением А.Т. Дудин.»
80 лет «успешного» развития «Стандартной теории» вылетели в трубу виртуальности и дикой цветовой гаммы. Поэтому о без массовых цветастых глюонах могут серьезно говорить только неизлечимо образованные представители рода человеческого.
3. Масштабные опыты Шайдла и других (Леонид Попов. «Физики проявили нелокальную природу реальности» Архивная копия от 15 февраля 2012 на Wayback Machine.) уверенно зарегистрировали значительные (16 раз) нарушения неравенства Белла от реальных проявлений эксперимента (детектирование 19917 фотонных пар в 4х экспериментах). Математики заходя в физику, особенно фундаментальную пренебрегают знаниями космических силовых взаимодействий, особенно гравитационного плана. Им в принципе не ведомо постоянное присутствие третих сил ( импульсного во времени) фотонного все проникающего поля черезмерно высокой частоты.
Сверх уважаемый Симон Эльевич Шноль титанически проложил дорогу понимания временных законов третьей силы Солнца на все стохастические процессы на планете Земля (широкий класс биологии, радиоактивного распада, молекулярной физики и прочих явлений, вплоть до социальных используя метод совпадений при многокилометровых разносах). Радиоактивный распад атомов зимой заметно отличается от летнего!
Он фактически доказал Солнечную, локальную природу гравитационной реальности!!! А существует еще и Галактическая локальная природа подобной реальности….Реальность синхронных воздействий Вселенной никто не отменял.
В осадке замечаний видиться грубое пренебрежение к ранее наработанным экспериментальным массивам данных, что будет обязательно учтено искусственным интеллектом и каждый получит по заслугам собственного понимания реальности. 25.01.24 г.
dmitrmax
Я чего-то запутался пока читал. Возможно, квантово.