سيرن تكتشف التشابك الكمي في الجسيمات المولودة من بوزون هيغز

تم رصد شيء مخيف في مصادم الهادرونات الكبير التابع للمنظمة الأوروبية للأبحاث النووية (CERN). في سلسلة الحطام المتناثرة من اصطدامات الطاقة العالية في أقوى مصادم الجسيمات في العالم، وجد الفيزيائيون دليلا قويا على ظاهرة أطلق عليها ألبرت أينشتاين اسم “العمل الشبحي عن بعد”. هذه ليست المرة الأولى التي يتم فيها اكتشاف التشابك الكمي في مصادم الهادرونات الكبير – ولكن هذه المرة، في مكان جديد. الآن، اكتشف العلماء أول شيء قوي دليل على التشابك بين زوج من بوزونات Z الناتج عن اضمحلال بوزون هيغز – فدورانهما مرتبطان بشكل لا ينفصم بحيث لا يمكن وصف أحدهما بشكل كامل دون الآخر. إطار الحدود = “0” سماح = “مقياس التسارع؛ التشغيل التلقائي؛ الكتابة في الحافظة؛ الوسائط المشفرة؛ جيروسكوب؛ صورة داخل صورة؛ web-share”refrerpolicy=”strict-origin-when-cross-origin”allowfullscreen> التشابك الكمي هو واحد من أغرب الأشياء التي يمكن أن يفعلها جسيمان. يحدث ذلك عندما تصبح خصائصهما مرتبطة بشكل وثيق لدرجة أنه لم يعد من الممكن وصفهما بشكل مستقل عن بعضهما البعض، حتى عندما تفصل بينهما مسافات شاسعة. عندما تقيس شيئًا ما عن أحد الجسيمات، فإنك تعرف على الفور شيئًا عن الآخر. كانت هذه الميزة غير البديهية للغاية في ميكانيكا الكم هي التي دفعت وصف أينشتاين “المخيف”. كان العلماء ينتجون ويقيسون الجسيمات المتشابكة مثل الذرات والفوتونات لعقود من الزمن، وكانوا يأملون مؤخرًا في استغلالها في الاتصالات الكمومية والحوسبة الكمومية. في عام 2024، أعلنت مؤسسة ATLAS Collaboration عن أول ملاحظة للتشابك الكمي بين أزواج من الكواركات العلوية المنتجة في مصادم الهادرون الكبير (LHC). وأوضح أجيلار سافيدرا، أن البوزونات Z لديها ثلاث حالات دوران محتملة، وهو تمييز يجعل من البوزون Z كيوبتًا، وليس كيوبتًا ثنائي الحالة. photo-in-picture; web-share” referrerpolicy=”strict-origin-when-cross-origin”allowfullscreen> يعد بوزون هيجز – الذي تم إنشاؤه عن طريق تحطيم البروتونات معًا بسرعات عالية – طريقًا مفيدًا بشكل خاص لزوج من بوزونات Z المتشابكة. نظرًا لأن هيجز ليس له دوران خاص به، لا يمكن لبوزونات Z أن تظهر ببساطة مع أي مجموعة قديمة من السبينات. يجب أن تتناسب دوراناتها معًا بطرق تحافظ على الدوران الصفري للجسيم الذي أتت منه. هناك عدة طرق يمكن أن يحدث بها هذا – وتسمح ميكانيكا الكم لهذه الاحتمالات بالوجود في وقت واحد، كحالة مشتركة بين اثنين من بوزونات Z. هذه الحالة المشتركة هي التي يمكن أن تجعلهم متشابكين. لكن هناك مشكلة. تبلغ كتلة بوزون هيغز حوالي 125 جيجا إلكترون فولت، بينما تبلغ كتلة بوزون Z حوالي 91 جيجا إلكترون فولت. ببساطة، لا توجد طاقة كافية لجسيم هيجز لإنتاج بوزونين Z عاديين في وقت واحد. لذلك يجب أن يكون أحدهما افتراضيًا على الأقل. والجسيمات الافتراضية غريبة حتى بمعايير فيزياء الكم. إنها تظهر بشكل عابر أثناء تفاعلات المصادم، لكن لا يمكن ملاحظتها كجسيمات حرة بالطريقة التي يمكن بها لنظيراتها “الحقيقية”. وهذا يثير سؤالًا مثيرًا للاهتمام: إذا كان أحد بوزونات Z في الزوج افتراضيًا، فهل لا يزال بإمكانه المشاركة في شيء كمومي بشكل أساسي مثل التشابك؟ تشير النتيجة الجديدة إلى أن هذا ممكن. بالطبع، هناك ذبابة أخرى في مرهم المصادم – بوزون Z يستمر لمدة 3 × 10-25 ثانية فقط قبل أن يضمحل. ولا حتى Z “الحقيقي” يتواجد لفترة كافية لقياس دورانه مباشرة. لكن بوزونات Z تترك أدلة وراءها. في الاضمحلالات التي درسها التعاون، ينتج كل Z جسيمين مشحونين يسمى اللبتونات – إما الإلكترونات أو أبناء عمومتها الأثقل، الميونات. وهذا يعطي الفيزيائيين أربعة جسيمات يمكنهم قياس مساراتها عبر الكاشف. وهذه هي النقطة الحرجة – لأن الاتجاهات التي تتحرك فيها هذه الجسيمات الأربعة تحتوي على معلومات حول دورات بوزونات Z التي أنتجتها. يمكن للباحثين العمل بشكل عكسي من تلك الاتجاهات، مثل إعادة لف الشريط، لإعادة بناء دورات اضمحلال بوزون Z التي ولدتها – وهي عملية بها فجوة كبيرة من الصعوبة بين “قال” و “تم”. ويرجع ذلك جزئيًا إلى سلسلة الاضمحلال المحددة – تقسيم هيغز إلى اثنين Z إلى أربعة لبتونات هو أمر نادر للغاية. حتى مع سنوات من بيانات تصادم الجسيمات، لم يكن لدى الباحثين سوى حوالي 400 حدث للعمل منها. لكنها كانت كافية. ومع إعادة بناء السبينات لبوزونات Z، بحث الباحثون عن توقيع التشابك – وهو نمط يمكن تحديده في بيانات ATLAS. وكانت النتيجة تشير بقوة إلى التشابك. وفي اختبارهم الأكثر حساسية، وجد الفريق أن البيانات تفضل الحالة المتشابكة على البديل غير المتشابك بأهمية إحصائية تبلغ 4.7. سيجما – قريب بشكل مثير من عتبة 5 سيجما للجسيمات التي يطلبها الفيزيائيون تقليديًا قبل الإعلان عن اكتشافهم. على الرغم من أن النتيجة لا تلبي هذا الشرط تمامًا، إلا أن النتيجة تشكل دليلًا قويًا على أن اثنين من بوزونات Z كانا متشابكين بالفعل. لكن التجربة تثير أيضًا سؤالًا آخر أكثر إثارة للاهتمام حول Z الافتراضي نفسه. لا يتفق الفيزيائيون تمامًا على ما يعنيه القول بأن الجسيم الافتراضي “موجود”. على عكس الجسيمات العادية، لا يمكن ملاحظة الجسيمات الافتراضية بشكل مباشر؛ يعتبرها بعض الفيزيائيين في المقام الأول مكونات رياضية تستخدم لوصف التفاعلات. ذات صلة: قد يكون مصادم الهادرونات الكبير قد اكتشف بالفعل تلميحات حول المادة المظلمة، ومع ذلك، يبدو أن Z الافتراضي يتصرف بطريقة تشبه الجسيمات بشكل لافت للنظر – فهو يحمل معلومات تدور يمكن أن تتشابك مع Z آخر. “يمكن للمرء أن يتساءل: هل توجد جسيمات افتراضية، أم أنها بناء لعقولنا التي نستخدمها لحساب الأشياء؟” قال أجيلار سافيدرا. وحذر من أن النتيجة لا تجيب على هذا السؤال الفلسفي، لكنه قال إنها يمكن أن “تلقي القليل من الضوء على ما إذا كانت الجسيمات الافتراضية جسيمات أم لا”. وقال: “إذا كانت تمشي مثل البطة وتصدر صوتًا مثل البطة، فإن ما ننظر إليه يجب أن يكون بطة”. “في هذه الحالة، بطة افتراضية.” وقد تم نشر النتائج في مجلة Physical Review Letters. تم تدقيق هذه المقالة بواسطة ريبيكا داير وتم تحريرها بواسطة ريبيكا داير. وبينما نفخر بعمليتنا، فإننا بشر فقط. إذا اكتشفت خطأ، يرجى إعلامنا بذلك.