Ученые нашли новый способ разгадать тайны атомов

Ученые нашли новый способ разгадать тайны атомов

Цитируем отчет Motherboar: ученые из Брукхейвенской национальной лаборатории обнаружили совершенно новый вид квантовой запутанности., явление, которое заставляет частицы становиться странными, даже на огромных космических расстояниях, сообщает новое исследование. Открытие позволило им получить беспрецедентное представление о причудливом мире внутри атомов, крошечных строительных блоков материи. Головоломное исследование раскрывает давнюю загадку ядер атомов, которые содержат частицы, называемые протонами и нейтронами, и может помочь пролить свет на самые разные темы, от квантовых вычислений до астрофизики. Захватывающие открытия были сделаны на Релятивистском коллайдере тяжелых ионов (RHIC), специализированном объекте в Брукхейвене в Нью-Йорке, который может разгонять заряженные атомы, известные как ионы, почти до скорости света. Когда эти ионы сталкиваются — или даже просто проходят рядом друг с другом — их взаимодействия обнажают внутреннюю работу атомов, которая управляется тройственными законами квантовой механики.

Теперь ученые из Брукхейвена впервые зафиксировали интерференционные картины, создаваемые запутыванием двух частиц с разными зарядами. Это открытие открыло совершенно новое окно в таинственные внутренности атомов, из которых состоит видимая материя. Вселенной, согласно исследованию, опубликованному в среду в журнале Science Advances . «В прошлом никогда не проводилось никаких измерений интерференции между различимыми частицами», — сказал Дэниел Бранденбург, профессор физики в Университете штата Огайо, соавтор нового исследования, в разговоре с Motherboard. «Это открытие; применение в том, что мы можем использовать его, чтобы заняться ядерной физикой». Бранденбург и его коллеги достигли этой вехи с помощью чувствительного детектора под названием Solenoid Tracker в RHIC, или STAR, который улавливал взаимодействия между ионами золота, разогнанными до скорости света. Облака фотонов, которые являются частицами, переносящими свет, окружают ионы и взаимодействуют с частицами другого типа, называемыми глюонами, которые удерживают атомные ядра вместе. Эти встречи между фотонами и глюонами запустили цепочку событий, которые в конечном итоге создали две новые частицы, называемые пионами, которые имеют противоположные заряды — один положительный и один отрицательный. Когда эти пионы попали в детектор STAR, прецизионный прибор измерил некоторые из их ключевых свойств, такие как скорость и угол столкновения, которые затем использовались для исследования размера, формы и расположения глюонов внутри атомных ядер с точностью, никогда раньше не достигался.

Ученые и раньше получали изображения атомных ядер при более низких энергиях, но попытки исследовать эти структуры при высоких энергиях всегда приводили к загадочным результатам. Согласно моделям, ядра в этих экспериментах выглядят намного больше, чем должны, и этот результат десятилетиями озадачивал ученых. Теперь коллаборация STAR решила эту загадку, обнаружив эффект размытия, связанный с фотонами в эксперименте. По сути, прошлые исследования зафиксировали одномерные проблески ядер, которые не учитывали важные закономерности в фотонах, такие как направление их поляризации. Новое исследование включало эту информацию о поляризации, что позволило Бранденбургу и его коллегам исследовать ядра под двумя углами, параллельно и перпендикулярно движению фотона, создавая двумерное изображение, соответствующее теоретическим предсказаниям. Более того, команда даже может приблизительно определить положение ключевых частиц в ядре, таких как протоны и нейтроны, а также распределение глюонов. Он также предлагает новый способ разгадать загадки о поведении атомов при высоких энергиях.  Бранденбург надеется повторить этот метод и его версии на RHIC и других объектах, таких как Большой адронный коллайдер, чтобы выявить давно скрытые детали внутри атомных ядер.

ИЗОБРАЖЕНИЕ:БРУКХЕЙВЕНСКАЯ НАЦИОНАЛЬНАЯ ЛАБОРАТОРИЯ