Forscher des Brookhaven National Laboratory berichteten über die Entdeckung einer bisher unbekannten Art.
Wir messen zwei ausgehende Teilchen, und es ist klar, dass siedie Ladungen sind unterschiedlich – es handelt sich um unterschiedliche Teilchen – aber wir sehen Interferenzmuster, die darauf hindeuten, dass diese Teilchen miteinander verschränkt oder synchronisiert sind.
Zhangbu Xu, Physiker am Brookhaven National Laboratory und Forschungsteilnehmer
Quantenverschränkung ist ein Phänomen, bei demdie Quantenzustände mehrerer Objekte erweisen sich als voneinander abhängig. Bisher wurde dieser Effekt nur für identische Teilchen beobachtet, etwa zwei Photonen oder Elektronen. In ihrer in der Fachzeitschrift Science Advances veröffentlichten Studie haben Physiker eine Verschränkung zwischen Pionen mit unterschiedlichen Ladungen gezeigt, die entstehen, wenn Lichtphotonen mit Gluonen in einem Atomkern wechselwirken.
Wechselwirkung zwischen Pionen während des nahen Durchgangs von Goldionen, die von einer "Wolke" aus Photonen im Innern des Colliders umgeben sind. Bild: Brookhaven National Laboratory
Durch eine Reihe von Quantenfluktuationen, Photoneninteragieren mit Gluonen, den klebstoffartigen Teilchen, die Quarks innerhalb der Protonen und Neutronen von Kernen zusammenhalten, erklären die Wissenschaftler. Als Ergebnis dieser Wechselwirkungen wird ein intermediäres Teilchen gebildet, das schnell in zwei Pionen mit unterschiedlichen Ladungen zerfällt. Durch die Messung der Geschwindigkeit und der Winkel, mit denen diese neuen Teilchen mit dem Detektor kollidieren, können Wissenschaftler wichtige Informationen über das Photon erhalten und sie verwenden, um die Position von Gluonen im Kern mit hoher Präzision zu lokalisieren.
In der Studie analysierten Wissenschaftler die "Wolken"Photonen umgeben die beschleunigenden Goldionen, die im Collider auf Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden. Wenn zwei Metallionen sehr nahe aneinander vorbeiziehen, ohne zu kollidieren, „erkunden“ die Photonen, die das eine umgeben, die innere Struktur des anderen.
Diese Methode ähnelt der von Ärztenein Positronen-Emissions-Tomographie (PET)-Scan, um zu sehen, was im Gehirn und in anderen Körperteilen vor sich geht. Aber in diesem Fall sprechen wir über die Abbildung von Objekten in der Größenordnung von Femtometern – Billiardstel Meter – der Größe eines einzelnen Protons.
James Daniel Brandenburg, Physiker und Forschungsteilnehmer der Ohio State University
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