Gli esperimenti condotti presso il Large Hadron Collider (LHC) hanno rivelato che i quark top, le particelle elementari più pesanti conosciute, possono essere entangled. Questo fenomeno di entanglement quantistico è stato osservato a un livello energetico mai raggiunto prima, ben 12 ordini di grandezza superiore rispetto agli esperimenti standard.
Scoperte rivoluzionarie al CERN
Il ruolo dell’esperimento ATLAS
L’anno scorso, l’esperimento ATLAS ha rilevato risultati preliminari che indicavano la presenza di entanglement tra quark top. Questi risultati sono stati recentemente confermati da un altro esperimento, il Compact Muon Solenoid (CMS). Entrambi i rilevatori hanno riportato un entanglement di spin tra quark top con una significatività statistica superiore a cinque deviazioni standard. In termini fisici, ciò significa che si tratta di una rilevazione certa e non di un caso fortuito. Andreas Hoecker, portavoce di ATLAS, ha dichiarato: “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 alta rispetto a quanto possibile in precedenza è straordinaria. Questo apre la strada a nuove indagini su questo affascinante fenomeno, offrendo un ricco menu di esplorazioni man mano che i nostri campioni di dati continuano a crescere.”
Il contributo del CMS
Il team del CMS ha esaminato coppie di quark top che si formano con un momento molto elevato. Le coppie non avrebbero potuto scambiarsi informazioni senza violare la causalità e superare la velocità della luce. Tuttavia, l’entanglement era presente come previsto. Con questa conferma, i ricercatori possono iniziare a comprendere questo fenomeno quantistico agli attuali estremi di energia. Patricia McBride, portavoce del CMS, ha spiegato: “Con le misurazioni dell’entanglement e di altri concetti quantistici in un nuovo sistema di particelle e in un intervallo di energia oltre quello precedentemente accessibile, possiamo testare il Modello Standard della fisica delle particelle in modi nuovi e cercare segni di nuova fisica che potrebbero andare oltre.”
Il fenomeno dell’entanglement quantistico
Una spiegazione dell’entanglement
L’entanglement quantistico è uno stato affascinante che non si verifica a livello macroscopico, ma solo tra particelle. In sostanza, due o più particelle entangled si trovano in uno stato unico. Indipendentemente dalla distanza che le separa, l’interazione con una di esse influenzerà immediatamente l’altra, modificando il loro stato. Questo potrebbe sembrare controintuitivo o in violazione di qualche legge fisica. Come può una particella su Marte, entangled con una sulla Terra, cambiare stato istantaneamente? Non dovrebbe l’informazione essere limitata alla velocità della luce? In realtà, non viene trasmessa alcuna informazione: è solo lo stato che cambia. L’entanglement quantistico rimane misterioso e fragile: lo stato può essere disturbato e le particelle tornano a essere non connesse.
La particolarità dei quark top
Se l’entanglement quantistico non fosse già abbastanza strano, consideriamo i quark top. Questi sono particelle fondamentali, simili a una versione più pesante del quark up che si trova all’interno di protoni e neutroni. I protoni e i neutroni sono le particelle che compongono tutti gli atomi esistenti. I quark top sono così pesanti che hanno la stessa massa di una molecola di caffeina. Sono anche molto instabili, decadendo in 5×10^−25 secondi. Questo intervallo è a un secondo come un secondo è a 100 milioni di volte l’età dell’universo. Tuttavia, il decadimento è molto importante e ci permette di studiare molte altre particelle intriganti.
Implicazioni future e nuove frontiere
Testare il Modello Standard
Con le nuove misurazioni dell’entanglement e di altri concetti quantistici in un sistema di particelle mai studiato prima e a un’energia senza precedenti, i fisici possono testare il Modello Standard in modi innovativi. Questo potrebbe portare alla scoperta di nuove leggi fisiche che vanno oltre quelle attualmente conosciute.
Prospettive di ricerca
L’osservazione dell’entanglement quantistico a energie così elevate apre nuove prospettive di ricerca. Gli scienziati possono ora esplorare fenomeni quantistici in contesti mai considerati prima, ampliando la nostra comprensione dell’universo a livello fondamentale. L’articolo di ATLAS è stato pubblicato sulla rivista Nature, mentre i primi e secondi studi del CMS sono attualmente disponibili su ArXiv.
