Experiment ATLAS. Kredit: CERN.

Kvantový entanglement je jako kouzlo. Prováže částice tak, že sdílejí kvantový stav a jejich vztah přetrvá, i když je dělí ohromná vzdálenost. Právě kvantový entanglement děsil klasicky založené fyziky, kteří se pak snažili čelit kvantovému pojetí reality rozličnými nemrtvými kočkami a paradoxy. Einstein ho podle všeho upřímně nenáviděl. Nic z toho nepomohlo a kvantový entanglement se postupně stává součástí každodenní přítomnosti, třeba v rámci kvantové komunikace či kvantových počítačů.

Srážka částic, ve které vznikají top kvarky. Kredit: Raeky, Wikimedia Commons.

Entanglement je v dnešní době intenzivně zkoumán ze všech možných úhlů. Obvykle se kvantově provazují fotony, elektrony nebo třeba atomy, někdy i spousta atomů. Dánští fyzici před třemi lety provázali mechanický oscilátor milimetrové velikosti s oblakem tvořeným miliardou atomů. Pokud jde ale o energie entanglovaných částic, standardní kvantový výzkum se drží vcelku při zemi.

Standardní model částicové fyziky. Top kvark je godzilla, které se hmotností nikdo nevyrovná. Kredit: Wikimedia Commons, Cush.

Jako blesk z čistého nebe přichází nejnovější studie z CERNu. Na experimentu ATLAS totiž detekovali kvantový entanglement top kvarků (též kvarků t, případně svrchních kvarků), přičemž šlo o energie asi tak bilionkrát vyšší než při standardních kvantových experimentech. Nejde ale o čerstvé pozorování ATLASu, nýbrž novou analýzu dat, která byla získána ATLASem v letech 2015 až 2018. Výsledky výzkumu byly prezentovány ve čtvrtek 28. září na konferenci experimentu ATLAS.

Top kvarky jsou exotická monstra. Jde o nejtěžší známé elementární částice s neuvěřitelnou klidovou hmotností cca 172 GeV/c². Jsou zhruba stejně těžké jako atom rhenia a to je pořádný atom s atomovým číslem 75. Vzhledem k extrémní hmotnosti jsou extrémně nestabilní. Za zhruba 5 krát 10^-25 sekundy, což je opravdu hodně malá část sekundy, se rozpadají na bottom kvark (spodní) a boson W.

Životnost top kvarků je tak ďábelsky krátká, že na rozdíl od ostatních kvarků nemají dost času na to, aby před svým rozpadem vytvořily hadrony, jako jsou například baryony zahrnující třeba protony a neutrony. Na jednu stranu je to samozřejmě komplikace a veškerý výzkum top kvarků musí být nesmírně pohotový. Zároveň ale nabízejí fyzikům velmi zajímavou možnost studovat „nahé“ kvarky, které nejsou „utopené“ uvnitř hadronu.

Video: New results proving that the top quark acquires its mass from the Higgs field

Literatura

IFL Science 30. 9. 2023.