Физики сделали революционное открытие о внутренней структуре протонов, строительных блоков атомных ядер. Используя инструменты квантовой информации, они получили беспрецедентные знания о сложном взаимодействии кварков и глюонов, фундаментальных частиц, составляющих протоны.
Исследование, опубликованное в журнале Physical Review Letters 5 февраля 2025 года, показывает, что квантовое запутывание играет решающую роль во внутренней динамике протона. Это означает, что кварки и глюоны в протоне не являются независимыми сущностями, а замысловато связаны между собой, их судьбы переплетены таким образом, что не поддаются классической физике.
Чтобы исследовать эту запутанность, ученые провели эксперименты в Брукхейвенской национальной лаборатории, где в ходе электронно-протонных столкновений происходил обмен высокоэнергетическими фотонами. Анализируя вторичные частицы, образующиеся при этих столкновениях, исследователи смогли составить схему запутанности внутри протона.
Один из ключевых выводов - понятие энтропии запутанности, которая количественно определяет сложность запутанных состояний. Эта энтропия дает возможность измерить запутанность между частицами, составляющими протон. Исследователи обнаружили, что энтропия запутанности ненулевая, что указывает на то, что внутренняя структура протона гораздо сложнее, чем считалось ранее.
Это открытие имеет значительные последствия для нашего понимания сильных ядерных взаимодействий - сил, которые связывают кварки и глюоны вместе. Выяснив роль запутанности в этих взаимодействиях, ученые надеются глубже понять формирование и стабильность атомных ядер.
Применение теории квантовой информации к изучению протонов открывает новую границу в физике элементарных частиц, обещая революционизировать наше понимание фундаментальных сил, управляющих материей. По мере того, как научное сообщество принимает эти откровения, становится ясно, что сотрудничество между многодисциплинарными областями имеет решающее значение для достижения существенных успехов в нашем понимании природы.