CERNの研究者らは、最高エネルギーにおける「トップクォーク」間の量子もつれの観測に成功した。これは2023年XNUMX月に初めて報告され、その後、第XNUMXおよび第XNUMXの観測によって確認された。大型ハドロン衝突型加速器（LHC）で生成された「トップクォーク」のペアは、もつれを研究するための新しいシステムとして使用された。
「トップクォーク」は最も重い基本粒子です。トップクォークは急速に崩壊し、そのスピンを崩壊粒子に移します。トップクォークのスピンの向きは崩壊生成物の観察から推測されます。
研究チームは、13テラ電子ボルト（1TeV=10）のエネルギーで「トップクォーク」とその反物質の間の量子もつれを観測した。12 これは、クォーク対（トップクォークと反トップクォーク）のエンタングルメントの初めての観測であり、これまでで最も高いエネルギーでのエンタングルメントの観測です。
高エネルギーでの量子もつれは、これまでほとんど研究されていませんでした。この進歩は、新たな研究への道を開きます。
量子もつれ粒子では、粒子間の距離や媒質に関係なく、1 つの粒子の状態は他の粒子に依存します。1 つの粒子の量子状態は、もつれ粒子のグループ内の他の粒子の状態とは独立して記述することはできません。1 つの粒子に何らかの変化があれば、他の粒子にも影響します。たとえば、π 中間子の崩壊から生じた電子と陽電子のペアはもつれています。それらのスピンは π 中間子のスピンに加算される必要があるため、1 つの粒子のスピンがわかれば、他の粒子のスピンもわかります。
2022年、もつれ光子の実験により、アラン・アスペクト、ジョン・F・クラウザー、アントン・ツァイリンガーのXNUMX名にノーベル物理学賞が授与されました。
量子もつれはさまざまなシステムで観察されており、暗号化、計測、量子情報、量子計算などの分野で応用されています。
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参照：
- CERN。プレスリリース – CERNのLHC実験でこれまでで最も高いエネルギーでの量子もつれを観測。18年2024月XNUMX日発行。こちらから入手可能。 https://home.cern/news/press-release/physics/lhc-experiments-cern-observe-quantum-entanglement-highest-energy-yet
- ATLASコラボレーション。ATLAS検出器でのトップクォークの量子もつれの観測。Nature 633, 542–547 (2024)。 https://doi.org/10.1038/s41586-024-07824-z
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| 基本粒子 – ざっと見る |
| 基本粒子はスピンに基づいてフェルミオンとボソンに分類されます。 |
| [NS]。 フェルミオンは奇数の半整数値（½、3/2、5/2、…）のスピンを持ちます。これらは 物質粒子 すべてのクォークとレプトンから構成されます。 – フェルミ・ディラック統計に従う、 – 半奇数整数スピンを持つ – パウリの排他原理に従う。つまり、2つの同一のフェルミオンは、同じ量子数で同じ量子状態または空間内の同じ位置を占めることはできない。2つが同じ方向に回転することはできないが、反対方向に回転することはできる。  フェルミオンには、すべてのクォークとレプトン、およびこれらの奇数個からなるすべての複合粒子が含まれます。 – クォーク = 6 つのクォーク (アップ、ダウン、ストレンジ、チャーム、ボトム、トップ クォーク)。 – 結合して陽子や中性子などのハドロンを形成します。 – ハドロン外では観測できません。 – レプトン = 電子 + ミューオン + タウ + ニュートリノ + ミューニュートリノ + タウニュートリノ。 – 宇宙に存在するあらゆるものの最も基本的な構成要素である「電子」、「アップクォーク」、「ダウンクォーク」の 3 つ。 – 陽子と中性子は基本的な粒子ではありませんが、「アップクォーク」と「ダウンクォーク」で構成されているため、 複合粒子陽子と中性子はそれぞれ 3 つのクォークで構成されています。陽子は 2 つの「アップ」クォークと 1 つの「ダウン」クォークで構成され、中性子は 2 つの「ダウン」クォークと 1 つの「アップ」クォークで構成されています。「アップ」と「ダウン」は、クォークの 2 つの「フレーバー」、つまり種類です。 – 重粒子 3つのクォークからなる複合フェルミオンであり、例えば陽子と中性子は重粒子である。 – ハドロン クォークのみで構成されます。たとえば、重粒子はハドロンです。 |
| [B]。 ボソンは整数値（0、1、2、3、…）のスピンを持ちます。 – ボソンはボーズ・アインシュタインの統計に従い、整数スピンを持ちます。 – 名にちなんで サティエンドラナスボーズ （1894年 - 1974年）は、アインシュタインとともにボソン気体の統計熱力学の背後にある主要なアイデアを考案しました。 – パウリの排他原理に従わない。つまり、2つの同一のボソンが同じ量子状態、または同じ量子数を持つ空間内の同じ位置を占めることができる。それらは両方とも同じ方向に回転することができる。 – 基本的なボソンは、光子、グルーオン、Z ボソン、W ボソン、ヒッグス ボソンです。ヒッグス ボソンはスピン = 0 ですが、ゲージ ボソン (つまり、光子、グルーオン、Z ボソン、W ボソン) はスピン = 1 です。 – 複合粒子は、その構成要素に応じてボソンまたはフェルミオンになります。 – 偶数のフェルミオンで構成されるすべての複合粒子はボソンです (ボソンは整数スピンを持ち、フェルミオンは奇数の半整数スピンを持つため)。 – すべての中間子はボソンである（すべてのmエソン 同じ数のクォークと反クォークで構成されています。質量数が偶数である安定した原子核はボソンで、例えば重水素、ヘリウム 4、炭素 12 などです。 – 複合ボソンもパウリの排他原理に従わない。 – 同じ量子状態にある複数のボソンが合体して「ボーズ・アインシュタイン凝縮 （BEC）」 |
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