I ricercatori del Large Hadron Collider (LHC), il più grande acceleratore di particelle del mondo, hanno appena compiuto un nuovo passo nell’esplorazione delle leggi della natura. Hanno infatti osservato un fenomeno di entanglement quantistico tra i quark top, le particelle elementari più pesanti, a livelli energetici senza precedenti. Questo progresso apre nuove prospettive per la fisica delle particelle e potrebbe rivelare nuovi aspetti delle forze fondamentali che governano l’universo.
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Entanglement quantistico: un fenomeno controintuitivo
L’intreccio quantistico è uno dei fenomeni più misteriosi della meccanica quantistica. Si verifica quando due o più particelle sono collegate in modo tale che, anche separate da distanze astronomiche, lo stato di una influenza istantaneamente l’altra. Ciò sfida la nostra intuizione e mette in discussione alcune nozioni della fisica classica, come quella di causalità.
In termini semplici, immagina due particelle che condividono un legame invisibile. Non importa quanto siano distanti, qualsiasi cambiamento nello stato di uno influenzerà immediatamente l’altrocome se fossero un’unica entità, distante anche anni luce. Questo fenomeno è ampiamente studiato nel campo della meccanica quantistica, ma di solito viene osservato a livelli energetici relativamente bassi, in esperimenti su particelle più leggere come gli elettroni, il che ci riporta a questa nuova svolta.
Particelle elementari straordinarie
Al centro di questa scoperta ci sono quark in cimaparticelle fondamentali che svolgono un ruolo chiave nella struttura della materia. Questi ultimi sono infatti gli elementi costitutivi dei protoni e dei neutroni, che a loro volta formano il nucleo degli atomi.
Tuttavia, i quark top sono unici in più di un modo. Queste sono le particelle elementari il più pesante conosciutocon una massa paragonabile a quella di una molecola di caffeina (circa 172,5 GeV/c²). Il loro peso è così significativo che li rende oggetti particolarmente difficili da studiare in condizioni normali. In effetti, questa grande massa significa che richiedono un’enorme quantità di energia per essere prodotta in acceleratori di particelle come l’LHC. Concretamente, più pesante è la particella, più difficile è crearla e rilevarla.
Un’altra particolarità dei quark top: lo sono estremamente instabile. Una volta creati, si disintegrano in una frazione infinitesimale di secondo, circa 0,00000000000000000000000005 secondi, un intervallo incredibilmente breve, anche su scala subatomica.
Il decadimento ultrarapido del quark top, pur rendendo difficile la sua osservazione diretta, offre tuttavia una preziosa opportunità per i fisici. Quando un quark top decade, dà origine ad altre particelle come quark, leptoni e bosoni. Questi prodotti di decadimento consentono ai ricercatori di comprendere meglio le interazioni fondamentali tra le particelle elementari.
Un esperimento pionieristico all’LHC
I risultati di questo nuovo lavoro sono stati ottenuti utilizzando due dei più grandi rivelatori dell’LHC: ATLAS e il solenoide compatto a muoni (CMS). Questi rivelatori permettono di catturare i prodotti delle collisioni di protoni che vengono accelerati a velocità prossime a quella della luce. Collidendo a energie estreme, questi protoni si frantumano in un flusso di particelle subatomiche, compresi i famosi quark top.
Ciò che rende questa scoperta particolarmente interessante è che i ricercatori osservato per la prima volta UN entanglement quantistico tra quark top a questi livelli energetici colossali.
Nel dettaglio, durante le collisioni di protoni ad energie estremamente elevate, i quark top e anti-top vengono prodotti in coppia. Queste coppie di quark top si sono poi intrecciate non appena si sono formate. Ciò significa che le loro proprietà, come la rotazione, rimanevano legate indipendentemente dalla distanza.
Questo intreccio sarebbe stato rilevato con una certezza statistica maggiore di cinque deviazioni standard, il che significa che i ricercatori possono affermare con sicurezza che questo fenomeno è reale e non dovuto al caso.
« Sebbene la fisica delle particelle sia profondamente radicata nella meccanica quantistica, l’osservazione dell’entanglement quantistico in un nuovo sistema di particelle e a un’energia molto più elevata di quanto possibile in precedenza è davvero notevole. « , ha dichiarato Andreas Hoecker, portavoce dell’esperimento ATLAS.
Perché è importante?
Questa scoperta non è solo un’impresa tecnica: ha profonde implicazioni per la fisica delle particelle. In effetti, l’entanglement a questi livelli energetici offre una nuova finestra per testare il Modello Standard, la teoria che descrive le interazioni tra particelle elementari e forze fondamentali. Questo modello è stato ampiamente convalidato da decenni di esperimenti, ma alcune osservazioni recenti, come questo entanglement ad alta energia, potrebbero suggerire che esistano fenomeni oltre il modello standard.
Questo studio potrebbe anche offrire indizi su fenomeni esotici come la materia oscura o la gravità quantistica che ancora sfuggono alla nostra attuale comprensione. L’entanglement quantistico dei quark top, osservato a energie senza precedenti, potrebbe quindi rivelare leggi della fisica ancora inaccessibili agli strumenti e alle teorie attuali.
