Botsingen van deeltjes met hoge energie produceren "jets" van quarks, anti-quarks of gluonen. Vanwege het fenomeen dat opsluiting wordt genoemd, kunnen wetenschappers quarks niet rechtstreeks detecteren. In plaats daarvan fragmenteren de quarks van deze botsingen in vele secundaire deeltjes die kunnen worden gedetecteerd.

Wetenschappers hebben onlangs de straalproductie aangepakt met behulp van kwantumsimulaties. Ze ontdekten dat de zich voortplantende jets het kwantumvacuüm, de kwantumtoestand met de laagst mogelijke energie, sterk wijzigen. Bovendien behouden de geproduceerde quarks kwantumverstrengeling, de koppeling tussen deeltjes over afstanden. Deze bevinding is gepubliceerd in Physical Review Letters , betekent dat wetenschappers deze verstrengeling nu in experimenten kunnen bestuderen.

Dit onderzoek voerde kwantumsimulaties uit die de wijziging van het vacuüm door de voortplantende jets hebben gedetecteerd. De simulaties hebben ook kwantumverstrengeling tussen de jets onthuld. Deze verstrengeling kan worden gedetecteerd in nucleaire experimenten. Het werk is ook een stap voorwaarts in het kwantum-geïnspireerde klassieke computergebruik. Het kan resulteren in de creatie van nieuwe toepassingsspecifieke geïntegreerde schakelingen.

Botsingen van deeltjes met hoge energie produceren 'jets':quarks, antiquarks of gluonen die door het kwantumvacuüm bewegen. Vanwege de beperkende eigenschap van sterke interacties worden quarks nooit rechtstreeks gedetecteerd, maar fragmenteren ze in plaats daarvan in vele secundaire deeltjes.

Wetenschappers hebben lang verwacht dat als jets zich door het beperkende kwantumvacuüm voortplanten, ze dat vacuüm zullen wijzigen. Wetenschappers hebben ook voorgesteld dat het oorspronkelijke quark-antiquark-paar kwantumverstrengeling kan behouden, althans voor enige tijd. Deze problemen konden echter voorheen niet worden opgelost vanwege een gebrek aan geschikte theoretische en computationele hulpmiddelen.

Die situatie is veranderd met de komst van kwantumcomputermethoden.

Deze al lang bestaande problemen in de kernfysica zijn aangepakt door een team van wetenschappers van de Stony Brook University en het Brookhaven National Laboratory, dat samenwerkt met computerbedrijf NVIDIA. Hun resultaten kunnen experimenteel werk over het detecteren van verstrengeling in het Brookhaven National Lab en elders stimuleren.

Meer informatie: Adrien Florio et al., Real-time niet-perturbatieve dynamiek van straalproductie in het Schwinger-model:kwantumverstrengeling en vacuümmodificatie, Fysieke recensiebrieven (2023). DOI:10.1103/PhysRevLett.131.021902

Journaalinformatie: Fysieke beoordelingsbrieven

Aangeboden door het Amerikaanse ministerie van Energie