Les scientifiques ont observé un nouveau type d'intrication quantique à l'intérieur des noyaux atomiques

Comment la réalité est-elle structurée ?Et n'est-ce pas une illusion permanente ? Les physiciens tentent de répondre à ces questions depuis des décennies, mais plus ils en apprennent sur le monde, plus il devient étrange. Nous savons que la matière est composée de minuscules particules, et leur interaction les unes avec les autres est difficilement imaginable. Prenons, par exemple, la superposition quantique - selon ce principe, les particules peuvent être dans plusieurs états en même temps, mais il est impossible de déterminer le résultat de leur état avant le moment de l'observation. Un autre principe fondamental de la physique des particules est l'intrication quantique, selon lequel les particules restent interconnectées quelle que soit la distance qui les sépare. Et bien que l'enchevêtrement "habituel" démontre le caractère illusoire de notre réalité, début 2023, des physiciens du Laboratoire national de Brookhaven (USA) ont signalé sa nouvelle forme, découverte pour la première fois dans l'histoire.

Le Heavy Ion Collider (RHIC) suit les particules résultant des collisions au centre du détecteur.

Nouvelle intrication quantique

Principes fondamentaux de la mécanique quantiquedéfient maintes et maintes fois le bon sens, montrant que la réalité est en grande partie illusoire. Heureusement, les instruments scientifiques modernes nous permettent d'étudier en détail la forme et les détails à l'intérieur des noyaux atomiques - le dernier a été réalisé par des physiciens du laboratoire national américain de Brookhaven à l'aide du collisionneur d'ions lourds relativistes (RHIC).

Au cours de l'expérience, les chercheurs ont observé des photons et des ions d'or alors qu'ils accéléraient autour du collisionneur et découvert un nouveau type d'intrication quantique. Mais ce qui est encore plus surprenant, c'est que les scientifiques ont également observé complètement un nouveau type d'interférence quantique - un effet exotique, selon lequelune particule comme un photon peut croiser sa propre trajectoire en se déplaçant. L'étude de cet effet est considérée comme l'une des plus prometteuses de la physique moderne. Mais avant tout.

Les lois selon lesquelles l'univers fonctionne sont très étranges.

Fait intéressant
En étudiant une seule particule intriquée, les scientifiques ont immédiatementapprendre à connaître l'autre, même s'ils sont à des millions d'années-lumière l'un de l'autre. Cette étrange connexion entre deux (ou plusieurs) particules se produit instantanément, violant apparemment la loi fondamentale de l'univers. Pour cette raison, Albert Einstein a qualifié l'enchevêtrement de « fantasmagorique » et de « surnaturel ».

Le collisionneur RHIC est situé dans l'établissementDépartement américain de l'éducation et des sciences, où les physiciens peuvent étudier les éléments constitutifs de la matière nucléaire, c'est-à-dire quarks et gluons qui composent les protons et les neutrons. En faisant entrer en collision les noyaux d'atomes lourds, comme l'or, les chercheurs ont observé leur mouvement dans des directions opposées autour du collisionneur à une vitesse proche de la vitesse de la lumière.

Cela signifie que l'intensité des collisionsentre les noyaux peut "fondre" les frontières entre les protons et les neutrons individuels, permettant l'étude des quarks et des gluons tels qu'ils existaient peu après le Big Bang - avant la formation des protons et des neutrons, indique l'article.

En fait, personne ne sait quels processus quantiques dans le monde réel sont responsables de la création de l'espace-temps.

Selon le principe de l'intrication quantique,les aspects d'une particule d'une paire intriquée dépendent des aspects de l'autre particule, quelle que soit leur distance (et ce qui se trouve entre eux). Ces particules peuvent être, par exemple, des électrons ou des photons, et l'aspect peut être l'état dans lequel elles sont, par exemple, en "rotation" dans un sens ou dans un autre. Les physiciens veulent également savoir comment les quarks et les gluons se comportent à l'intérieur des noyaux atomiques dans leur état actuel afin de mieux comprendre la force qui maintient ensemble ces éléments constitutifs de la matière.

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Que se passe-t-il à l'intérieur des noyaux atomiques

Pour plus d'informations sur les particules et leurscomportement, les physiciens ont utilisé des "nuages" de photons (particules de lumière) qui entouraient les ions en accélération autour du collisionneur RHIC - c'est cette méthode qui a permis aux scientifiques de regarder à l'intérieur des noyaux. Si deux ions d'or se croisaient à une distance proche et ne se heurtaient pas, les photons entourant un ion permettaient d'étudier la structure interne de l'autre.

Cette visualisation bidimensionnelle, comme l'ont montré les résultats de l'expérience, s'est avérée révolutionnaire - le noyau atomique semble trop grand par rapport à ce qui était prévumodèles théoriques. De plus, la lumière polarisée a permis d'obtenir des images détaillées de noyaux atomiques de haute énergie et d'examiner la distribution des gluons (le long de la direction du photon et perpendiculairement à celle-ci).

Les résultats obtenus coïncident également avec les prédictions théoriques de la distribution des gluons et les mesures de la distribution de la charge électrique à l'intérieur des noyaux.

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Les nouvelles mesures ont également montré que la quantité de mouvement etl'énergie des photons eux-mêmes s'enchevêtre avec la quantité de mouvement et l'énergie des gluons. Mesurer uniquement le long de la direction du photon (ou sa direction inconnue) conduit à une distorsion de l'image par des effets photoniques. Mais la mesure dans le sens transversal évite le "flou" des particules lumineuses.

Maintenant, nous pouvons prendre une photo où nous pouvonsdistinguer la densité de gluons à un angle et un rayon donnés. Les images résultantes sont si précises que nous commençons à voir une différence entre l'endroit où se trouvent les protons et l'endroit où se trouvent les neutrons à l'intérieur de ces gros noyaux.

Collisionneur au Laboratoire national de Brookhaven aux États-Unis

Mesurer deux particules avec des charges physiques différentesun motif d'interférence a été observé, indiquant que les particules sont intriquées ou synchronisées les unes avec les autres, même si ces particules sont différentes (y compris la charge).

Vous vous demandez peut-être : la mécanique quantique implique-t-elle une pluralité de mondes, ou quelle est l'interprétation d'Everett ?

Un nouveau regard sur l'enchevêtrement et l'interférence

Les auteurs des travaux, publiés début 2023 dans la revue Science Advances, notent que toutes les particules abordées dans les travaux
existent non seulement en tant qu'objets physiques, mais aussicomme des vagues - comme des ondulations à la surface d'un étang, elles heurtent un rocher ("fonctions d'onde" mathématiques) et peuvent interférer, s'amplifier ou s'annuler.

L'interférence se produit entre deux ondesfonctions de particules identiques, mais sans intrication (entre deux particules dissemblables) cette interférence serait impossible. C'est ainsi que la mécanique quantique devient de plus en plus étrange - une nouvelle expérience a montré qu'un enchevêtrement quantique existe entre des particules dissemblables.

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"Cette méthode est similaire à l'émission de positonstomographie (PET scan) pour voir ce qui se passe à l'intérieur du cerveau et d'autres parties du corps », explique James Daniel Brandenburg du laboratoire de Brookhaven (États-Unis). Ces dernières années, les scientifiques se sont de plus en plus intéressés à la mécanique quantique. L'une des raisons de l'attention accrue est la création de puissants nouveaux moyens de communication et d'ordinateurs.

L'enchevêtrement d'états quantiques est une réalité.

Les chercheurs ont également l'intention de mener de nouvellesmesures au RHIC avec des particules plus lourdes (pour tester d'autres scénarios possibles d'intrication quantique). En savoir plus sur les découvertes de 2022 qui ont eu un impact énorme sur nos connaissances sur la structure de l'Univers, nous l'avons dit ici, ne le manquez pas !