بزرگ‌ترین شتاب‌دهنده‌ی ذرات جهان LHC پیوند در جفت‌های تاپ کوارک‌ها را یافت
پیوند کوانتومی، که یک پیش‌بینی شگفت‌آور فیزیک است، اشیای دور را به گونه‌ای به هم متصل می‌کند که انگار به هم مرتبط هستند.
به طور سنتی در فوتون‌ها و انرژی‌های کم مشاهده شده است، این پدیده اکنون در جفت‌های کوارک تاپ، سنگین‌ترین ذرات شناخته شده، کشف شده است.
اکنون، آزمایش ATLAS در شتاب‌دهنده‌ی بزرگ هادرون در ژنو این کشف پیشگامانه را انجام داده است و دامنه‌ی پیوند را فراتر از مثال‌های قبلی آن گسترش می‌دهد.
محققان می‌گویند با استفاده از داده‌های برخورد پروتون‌های با انرژی بالا، چرخش پیوند را با دقت زیاد اندازه‌گیری کرده‌اند. این اولین مشاهده‌ی چنین پیوندی در کوارک‌ها و در بالاترین مقیاس انرژی تاکنون است.
کشف کوارک تاپ
در اصطلاحات روزمره، ما اشیاء را یا جدا یا متصل می‌دانیم. با این حال، اشیای پیوندی نه واقعاً جدا هستند و نه به صورت فیزیکی متصل؛ اندازه‌گیری یک شی بلافاصله اطلاعات درباره‌ی شی دیگر را فاش می‌کند، حتی اگر این اشیا از هم دور باشند.
محققان این پدیده را با فوتون‌ها نشان داده‌اند و این یک مفهوم کلیدی در فیزیک کوانتومی است. طبق گفته‌ی تیم تحقیقاتی، اگرچه علمی تخیلی محبوب مثل The Three-Body Problem تصور می‌کند که از پیوند برای ارتباط سریع‌تر از نور استفاده شود، نظریه‌ی کوانتومی چنین امکانی را رد می‌کند.
پیوند کوانتومی، که اولین بار در دهه ۱۹۸۰ با فوتون‌ها نشان داده شد، اکنون در فناوری‌هایی مانند رایانش کوانتومی استفاده می‌شود. پیشرفت‌های اخیر از ژنو این پدیده را به کوارک‌های تاپ با انرژی بالا گسترش داده است و اولین مشاهده‌ی پیوند در چنین سطوح انرژی افراطی را نشان می‌دهد.
ماده از مولکول‌ها تشکیل شده است که از اتم‌ها تشکیل شده‌اند و الکترون‌ها به دور هسته‌ی متراکم می‌چرخند، مفهومی که در سال ۱۹۱۱ تثبیت شد. هسته شامل پروتون‌ها و نوترون‌هاست و تا دهه ۱۹۷۰ کشف شد که این‌ها از کوارک‌ها تشکیل شده‌اند — مجموعاً شش نوع.
در میان آن‌ها، کوارک 'تاپ' سنگین‌ترین است و حدود ۱۸۴ برابر یک پروتون و حتی سنگین‌تر از یک اتم تنگستن وزن دارد. اندازه بزرگ آن هنوز توضیح داده نشده و موضوع بررسی شدید در شتاب‌دهنده‌ی بزرگ هادرون است.
محققان، از جمله کسانی که در آزمایش ATLAS در سیدنی کار می‌کنند، در حال تحقیق هستند که آیا این جرم بزرگ ممکن است به دلیل نیروهای ناشناخته باشد یا فیزیک جدید را آشکار کند، زیرا قوانین فیزیکی کنونی ناقص به نظر می‌رسند.
پیوند در انرژی‌های بالا
آزمایش ATLAS در شتاب‌دهنده‌ی بزرگ هادرون ، که به بررسی کوارک‌های تاپ و آنتی‌تاپ تولید شده در برخوردهای پروتون در 13 TeV می‌پردازد، بالاترین مشاهده‌ی انرژی پیوند را تاکنون انجام داده است.
محققان توانستند با اندازه‌گیری زاویه خاصی بین لپتون‌های باردار از جفت‌های کوارک، پیوند چرخشی را شناسایی کنند. با تمرکز بر ذرات پایدار برای به حداقل رساندن اشتباهات مدل‌های شبیه‌سازی، این اندازه‌گیری که نزدیک به مانع تولید کوارک تاپ-آنتی‌تاپ انجام شد، به اطمینان دقیق کمک می‌کند.
با درجه اطمینان بالا، نتیجه‌ی آزمون نشان داد که ارزش نشانگر پیوند D = -0.537 بسیار بالاست. این اولین بار است که پیوند کوارک در این‌چنین انرژی‌های بالایی دیده شده است.
گروه تحقیقاتی ادعا می‌کند که پیوند مختص کوارک‌های تاپ نیست بلکه یک اتفاق گسترده در فیزیک کوانتم است. اگرچه پیوند می‌تواند در مجموعه‌های مختلفی رخ دهد، اما فرایندی حساس است که اغلب در دماهای بسیار سرد برای جلوگیری از اختلالات مطالعه می‌شود.
به دلیل جرم قابل توجه کوارک تاپ، می‌توان از آن برای مطالعه پیوند موثرتر نسبت به پنج نوع دیگر کوارک استفاده کرد. اما به دلیل بزرگی شتاب‌دهنده‌ی بزرگ هادرون، جفت‌های کوارک تاپ برای فناوری‌های روزمره مفید نیستند.
با این‌حال، دانشمندان ادعا می‌کنند که کوارک‌های تاپ ابزار تجربی مفیدی فراهم می‌کنند و پژوهش در زمینه‌ی پیوند همچنان جذاب است، تشویق می‌کند که تحقیقات بیشتری انجام شود تا کشف‌های جدیدی صورت گیرد.
جزئیات تحقیق تیم در مجله Nature منتشر شده است.
