Kuantum dolanıklık, kuantum fiziğinin -çok küçük ölçekteki dünyayı açıklayan teorinin- ilgi çekici bir özelliğidir. İki parçacık kuantum dolanıklık içerisindeyse parçacıklardan birinin durumu ile diğerinin durumu parçacıklar ne kadar uzakta olursa olsun bağlantılıdır. Klasik fizikte bir karşılığı olmayan bu şaşırtıcı olgu, pek çok farklı sistemde gözlemlenmiş ve kuantum kriptografisi ile kuantum hesaplama gibi önemli alanlarda uygulama alanı bulmuştur. 2022 yılında Fizik Nobel Ödülü, dolanık fotonlar üzerinde gerçekleştirdikleri yenilikçi deneylerle Alain Aspect, John F. Clauser ve Anton Zeilinger’e takdim edildi. Bu deneyler, merhum CERN teorisyeni John Bell’in dolanıklığın gerçekleşmesine dair yaptığı tahminleri doğruladı ve kuantum bilgi biliminin temelini attı.
Dolanıklık, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC) gibi parçacık hızlandırıcılarında elde edilebilen yüksek enerjilerde büyük ölçüde keşfedilmemiş halde kalmıştır. Nature dergisinde yayımlanan bir makalede ATLAS iş birliği, LHC‘de temel parçacıklar olarak bilinen üst kuarklar arasında ilk kez şimdiye kadar ulaşılan en yüksek enerjilerde kuantum dolanıklığını gözlemlemeyi başardığını duyurmuştur. İlk kez Eylül 2023’te ATLAS tarafından bildirilen ve CMS iş birliği tarafından gerçekleştirilen iki gözlemle teyit edilen bu bulgu, kuantum fiziğinin karmaşık dünyasına yeni bir perspektif sunmuştur.
Benzer Yazılarımızı İncelemek için:
- W Bozonu Gizemi Çözülüyor
- İlk Kez Üst Kuark ve Foton Oluşumu Gözlemlendi
- En Ağır Kuarklar ve Higgs Bozonu
ATLAS sözcüsü Andreas Hoecker: “Parçacık fiziği kuantum mekaniğine sıkı sıkıya bağlı olmasına rağmen, yeni bir parçacık sisteminde ve önceki deneylerden çok daha yüksek enerjilerde kuantum dolanıklığının gözlemlenmesi oldukça önemlidir. Bu bulgu, bu büyüleyici fenomeni daha derinlemesine incelemek için yeni fırsatlar sunuyor ve veri setlerimiz genişledikçe keşif için geniş bir yelpaze açıyor.” Şeklinde açıklamalarda bulunuyor.
ATLAS ve CMS ekipleri tarafından bir üst kuark ile onun antimadde karşılığı arasında kuantum dolanıklığı gözlendi. Keşifler, LHC’de yeni bir sistem olarak oluşturulan üst kuark çiftlerini kullanarak, dolanıklığı incelemek için yakın zamanda önerilen bir yaklaşıma dayanıyor.
Üst Kuark Çiftlerinde Kuantum Dolanıklığı: ATLAS ve CMS Verileri
Bilinen en ağır temel parçacık üst kuarktır. Normalde, diğer kuarklarla bağlantı kurma şansına sahip olmadan önce, diğer parçacıklara bozunur ve bu parçacıklara spinlerini ve diğer kuantum özelliklerini verir. Bu bozunma ürünleri gözlemlenir ve fizikçiler tarafından üst kuarkın spin yönelimini belirlemek için kullanılır.
ATLAS ve CMS iş birlikleri, üst kuarklar arasındaki dolanıklığı araştırmak için Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nın 2015-2018 yılları arasında gerçekleşen ikinci çalışması sırasında 13 teraelektronvolt enerjide toplanan proton-proton çarpışma verilerinden üst kuark çiftlerini seçti. Araştırmacılar özellikle, birbirine göre düşük parçacık momentumuna sahip iki kuarkın eşzamanlı üretiminin olduğu çiftleri aradılar. Bu noktada, iki kuarkın spinlerinin yüksek oranda dolaşık olacağı öngörülüyordu.
İki kuarkın elektrik yüklü bozunma ürünlerinin yönelimleri arasındaki açı, spin dolanıklığının varlığını ve derecesini belirlemek için kullanılabilir. ATLAS ve CMS grupları bu açısal ayrılıkları değerlendirdi ve ölçülen değerleri etkileyebilecek deneysel faktörleri hesaba kattıktan sonra, üst kuarklar arasında beş standart sapmadan daha büyük bir istatistiksel anlamlılığa sahip spin dolanıklığı buldu.
CMS ekibi, arXiv ön baskı hizmetinden erişilebilen ikinci araştırmasında, iki kuarkın birbirine göre yüksek momentumla eşzamanlı olarak oluştuğu üst kuark çiftlerini de araştırdı. Bu alanda, üst kuark çiftlerinin büyük bir kısmı için, iki üst kuark bozunumunun göreceli konumları ve zamanlarının, ışık hızından daha yavaş bir hızda hareket eden parçacıklar tarafından standart/ alışılmış bilgi alışverişinin dışlanacağı şekilde olacağı öngörülmektedir. Bu durumda CMS üst kuarklar arasında spin dolanıklığı gözlemledi.
CMS sözcüsü Patricia McBride, “Yeni bir parçacık sisteminde ve daha önce erişilebilenin ötesinde bir enerji aralığında dolanıklık ve diğer kuantum kavramlarının ölçümleriyle, parçacık fiziğinin Standart Modelini yeni yollarla test edebilir ve ötesinde yatabilecek yeni fiziğin işaretlerini arayabiliriz” diyor.
Haber Kaynağı:
phys.org/news/2024-09-lhc-quantum-entanglement-highest-energy.html
home.cern/news/press-release/physics/lhc-experiments-cern-observe-quantum-entanglement-highest-energy-yet
Haberi Derleyen: Ennur Saygı
