ENGINEERINGNET.BE - Dit resultaat werd voor het eerst gerapporteerd door ATLAS in september 2023 en is sindsdien bevestigd door twee waarnemingen van de CMS-samenwerking.
De ATLAS- en CMS-teams namen quantumverstrengeling waar tussen een topquark en zijn antimaterie tegenhanger. De waarnemingen zijn gebaseerd op een onlangs voorgestelde methode om paren topquarks die bij de LHC worden geproduceerd, te gebruiken als een nieuw systeem om verstrengeling te bestuderen.
De top-quark is het zwaarste bekende fundamentele deeltje. Het vervalt normaal gesproken in andere deeltjes uiteen voordat het de tijd heeft om te combineren met andere quarks, waarbij het zijn spin en andere quantumeigenschappen overdraagt aan zijn vervaldeeltjes. Natuurkundigen observeren en gebruiken deze vervalproducten om de spinrichting van het top-quark af te leiden.
Om verstrengeling tussen topquarks waar te nemen, selecteerden de ATLAS- en CMS-samenwerkingen paren van topquarks uit gegevens van proton-protonbotsingen die plaatsvonden bij een energie van 13 teraelektronvolt tijdens de tweede run van de LHC, tussen 2015 en 2018.
Ze zochten met name naar paren waarin de twee quarks tegelijk worden geproduceerd met een laag deeltjesmoment ten opzichte van elkaar. In dit geval wordt verwacht dat de spins van de twee quarks sterk verstrengeld zijn.
Het bestaan en de mate van spinverstrengeling kan worden afgeleid uit de hoek tussen de richtingen waarin de elektrisch geladen vervalproducten van de twee quarks worden uitgezonden.
Door deze hoekscheidingen te meten en te corrigeren voor experimentele effecten die de gemeten waarden zouden kunnen veranderen, hebben de ATLAS en CMS teams beide spinverstrengeling tussen topquarks waargenomen met een statistische significantie groter dan vijf standaarddeviaties.
In hun tweede onderzoek zocht de CMS-samenwerking ook naar paren van topquarks waarbij de twee quarks tegelijk met een hoog momentum ten opzichte van elkaar worden geproduceerd.
In dit domein wordt voor een groot deel van de topquarkparen voorspeld dat de relatieve posities en tijden van de twee topquarkvervallen zodanig zijn dat klassieke uitwisseling van informatie door deeltjes die met niet meer dan de lichtsnelheid reizen uitgesloten is, en CMS nam ook in dit geval spinverstrengeling tussen topquarks waar.
“Met metingen van verstrengeling en andere quantumconcepten in een nieuw deeltjesstelsel en bij een energiebereik dat verder gaat dan wat eerder toegankelijk was, kunnen we het Standaardmodel van de deeltjesfysica op nieuwe manieren testen en op zoek gaan naar tekenen van nieuwe fysica die mogelijk verder gaat,” zegt CMS-woordvoerder Patricia McBride.
