#Emaranhamento #Entrelaçamento
Duas décadas após a primeira prova do emaranhamento de fótons, os experimentos ATLAS e CMS observaram o emaranhamento quântico entre os quarks superiores e suas antipartículas no Grande Colisor de Hádrons.
Esta descoberta confirma o emaranhamento em altas energias e oferece uma nova perspectiva sobre a mecânica quântica.
Enquanto isso, o grande número de pares de quarks superiores produzidos no LHC permite estudos extensos, reforçados por técnicas avançadas de machine learning na medição do emaranhamento de spin e das incertezas sistemáticas.
Emaranhamento Quântico na Física de Partículas
Recentemente, e cerca de duas décadas após a primeira prova sólida de emaranhamento entre dois fótons por Anton Zeilinger e sua equipe, os experimentos ATLAS e CMS relataram a observação do emaranhamento quântico entre o quark top e sua antipartícula produzida simultaneamente em descanse no Grande Colisor de Hádrons.
A confirmação do emaranhado quântico entre as partículas fundamentais mais pesadas, os quarks superiores, abriu um novo caminho para explorar a natureza quântica do nosso mundo em energias muito além do que é acessível, por exemplo, na óptica quântica.
Ao mesmo tempo, a grande taxa de produção de pares de quarks superiores no Large Hadron Collider fornece uma amostra gigantesca de dados de quarks superiores, oferecendo uma oportunidade única para estes estudos.
O Desafio de Einstein à Mecânica Quântica
Na mecânica quântica, duas partículas ficam emaranhadas se conhecermos o estado de uma delas ao medir a outra.
Isto é verdade mesmo que as duas partículas inicialmente emaranhadas sejam colocadas muito distantes uma da outra antes da medição.
Isto é o que Einstein chamou de “ação assustadora à distância”: embora a informação não possa viajar mais rápido que a velocidade da luz, é garantido que a segunda partícula será encontrada em um estado correspondente instantaneamente quando a medição da primeira for realizada.
Em 1934, Einstein e seus colaboradores propuseram um experimento mental que, segundo eles, expunha a inconsistência da mecânica quântica.
Para resolver o paradoxo, sugeriram que a nossa descrição do emaranhamento está incompleta e que existem outras quantidades em jogo no sistema às quais não podemos aceder experimentalmente.
O emaranhamento seria então o resultado da nossa ignorância sobre essas variáveis ocultas.
Técnicas Avançadas na Medição do Emaranhamento Em uma nova medição, a colaboração CMS examina, pela primeira vez, o emaranhamento de spin de um quark top e um antiquark top que são produzidos simultaneamente a uma velocidade muito alta em relação um ao outro.
As duas partículas estão, portanto, distantes uma da outra antes de decaírem, ou seja, a sua distância é maior do que aquela que pode ser coberta pela informação transferida à velocidade da luz.
A correlação entre os spins do quark e do antiquark é medida observando as distribuições angulares dos seus produtos de decaimento.
A análise utiliza métodos de machine learning de última geração para atribuir corretamente os principais produtos de decaimento dos (anti) quarks e melhorar a modelagem de incertezas sistemáticas.
Os níveis de emaranhamento observados, caracterizados pelo parâmetro “E, são mostrados na Fig. 1 para duas regiões cinemáticas diferentes.
O primeiro compartimento corresponde a quarks top produzidos com momento transversal inferior a 50 GeV, enquanto no último compartimento os pares de quarks top têm massa invariante elevada, ou seja, movem-se com grande velocidade um em relação ao outro.
O “E medido é maior que 1 em ambas as regiões cinemáticas, confirmando o emaranhamento entre as duas partículas.
No segundo compartimento, em particular, os pares quark-antiquark superiores movem-se a uma velocidade relativa tão grande que apenas em 10% dos casos teriam oportunidade de comunicar.
Lá, o emaranhamento é significativamente maior que o “E crítico, que é o nível de emaranhamento que poderia ser explicado pela troca de informações por meio de variáveis ocultas na velocidade da luz.
Portanto, a medição mostra que há de fato “ação assustadora à distância? entre as partículas mais pesadas conhecidas.
Crédito: CERN
Publicado em 20/06/2024 19h34
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