Jedną z podstaw dla prowadzenia zaplanowanych eksperymentów było to, że kwarki i gluony, będące składnikami struktury protonu, podlegają splątaniu kwantowemu. W ramach tego zjawiska możemy splątać ze sobą dwie cząstki i kiedy wywrzemy wpływ na jedną, to druga będzie podlegać zmianom bez względu na to, jak duża odległość je oddziela. To fascynujący fenomen, który może mieć miejsce nawet w sytuacji, gdy mówimy o odległościach liczonych w miliardach lat świetlnych.
Czytaj też: Chińska wizja transportu przyszłości. Superszybkie pociągi maglev z 5G
O ile jednak zwykle mówimy o splątaniu właśnie w kontekście tak imponujących wartości, to ostatnie badania skupiały się na całkowicie odwrotnej sytuacji. Chodziło o splątaniu kwantowym zachodzącym w odległości mniejszej niż jedna biliardowa metra. Takie zjawisko miało miejsce wewnątrz pojedynczych protonów, o czym członkowie zespołu badawczego piszą na łamach Reports on Progress in Physics.
Wyciągnięte w toku badań wnioski sugerują między innymi, że splątanie między kwarkami i gluonami dodaje warstwę złożoności do ewoluującego obrazu wewnętrznej struktury protonów. Jak podkreśla jeden z autorów, Zhouduming Tu, nigdy wcześniej nie podejmowano się prób pomiaru splątania wewnątrz protonu w eksperymentalnych danych pochodzących z wysokoenergetycznych zderzeń. Ostatnie działania były więc przełomowe i dostarczyły szczegółowych informacji na temat tego, jak kwarki i gluony są splątane. Udało się między innymi lepiej zrozumieć wpływ splątania na strukturę protonów.
Splątanie kwantowe zwykle jest rozpatrywane pod kątem dużych odległości. W ramach ostatnich badań naukowcy zastosowali zupełnie inne podejście
Aby zobrazować sytuację, naukowiec podaje przykład bałaganu w dziecięcym pokoju. Po całej podłodze są porozrzucane zabawki i ubrania, co sprawia, że entropia jest tam wysoka. Ale gdyby wysprzątać to pomieszczenie na błysk i odłożyć wszystkie przedmioty na właściwe miejsca, to entropia stałaby się wyjątkowo niska. Z kolei w świecie kwnatowym protony z maksymalnie splątanymi kwarkami i gluonami powinny wytworzyć wiele cząstek o nieuporządkowanym rozkładzie, czyli wysokim stopniu entropii.
Próbując uzyskać jak najlepsze rozeznanie w temacie, autorzy ostatnich badań przeprowadzili analizę danych pochodzących ze zderzeń na linii proton-proton. Te kontrolowane kolizje miały miejsce w Wielkim Zderzaczu Hadronów. Poza tym wykorzystali zbiory informacji powstałe w związku z kolizjami między elektronami i protonami, które zostały przeprowadzone w ramach projektu HERA.
Czytaj też: Wyprodukujesz energię i wyhodujesz żywność. Tak wygląda fotowoltaika przyszłości
Sukces zorganizowanych eksperymentów powinien mieć przełożenie na to, jak rozumiemy siły utrzymujące kwarki i gluony w protonach. To z kolei powinno przyczynić się do rozwikłania części zagadek odnoszących się do fizyki jądrowej i cząstek elementarnych. Jeśli chodzi o dalsze działania, to te mają obejmować eksperymenty poświęcone temu, jak przebywanie w jądrze wpływa na proton. Co ciekawe, w badaniach wziął również udział przedstawiciel Polskiej Akademii Nauk, Krzysztof Kutak, który dodał, iż opracowane narzędzia będą mogły zostać wykorzystane na wiele sposobów w celu poznania struktury widzialnej materii.