Что-то, от чего реально вставляет

Знаете это чувство, когда узнаёшь что-то о вселенной и просто должен на минуту замолчать? Да, у меня сейчас именно такое.

Физики из Оксфорда, работающие с Большим адронным коллайдером (помните, тот огромный подземный бублик в Швейцарии, где частицы разгоняют почти до скорости света и потом сталкивают?), только что показали кое-что невероятное.

Квантовую запутанность — тот самый знаменитый «жуткий дальнодействие», как назвал его Эйнштейн — можно не просто обнаружить в экстремальных условиях. Она там процветает.

А что вообще такое эта запутанность?

Объясню на пальцах, без формул. Берём две частицы, которые когда-то взаимодействовали. После этого они связаны — и вот тут начинается магия. Неважно, как далеко вы их разнесёте. Измеряете одну — и мгновенно узнаёте кое-что о её партнёре. Они словно продолжают общаться, что бы там ни было между ними.

Эйнштейн был категорически против этой идеи. Он был уверен, что где-то прячется скрытая переменная — какое-то более глубокое объяснение. Потратил годы, пытаясь это опровергнуть.

Зря старался. (В смысле, в остальном он всё равно гений, но тут ошибся.)

Тяжеловесы квантового мира

Вот что делает новое исследование таким интересным.

Учёные знали о запутанности давно. Видели её в фотонах, электронах, ионах — даже в топ-кварках. Но все эти системы относительно «послушные». Можно спокойно изучать их в лаборатории, контролируя каждый параметр.

Команда из Оксфорда задалась вопросом: а что если попробовать в совершенно другом контексте? Выдержит ли запутанность тот хаос, который царит внутри ускорителя частиц?

Конкретно они изучали Z-бозоны. Эти частицы:

• Чертовски тяжёлые (для мира элементарных частиц)
• Живут крошечные доли секунды, а потом распадаются
• Рождаются при распаде бозона Хиггса
• Создаются, когда протоны на скорости 99,99% от скорости света врезаются друг в друга с энергией в тринадцать триллионов электронвольт

Да, именно в таких условиях — одних из самых жёстких, какие только может создать человечество.

Обнаружить магию в обломках

В этом и была гениальность подхода. Z-бозоны исчезают мгновенно, но оставляют следы. При распаде они порождают электроны или мюоны (электроны-тяжеловесы). Детектор ATLAS коллайдера фиксирует эти продукты распада с невероятной точностью.

Анализируя углы вылета частиц, исследователи восстановили спины исходных Z-бозонов. И нашли корреляции — тот самый квантовый «отпечаток пальца» запутанности. Всё ещё там, живой.

Другими словами: жуткое дальнодействие отлично себя чувствует даже посреди энергетического хаоса.

Профессор Алан Барр из Оксфорда, который стоял у истоков создания коллайдера и давно продвигал идею использовать его для квантовых экспериментов, сказал это лучше меня:

«Обнаружить запутанность среди таких тяжёлых и недолговечных частиц, рождённых в одних из самых интенсивных столкновений, какие мы только можем произвести на Земле, показывает, насколько фундаментальным и устойчивым является этот квантовый эффект».

Почему это важно (помимо того, что просто круто)

Можете спросить: «Ну, физикам интересно, а мне-то что?»

Хороший вопрос. Вот что это значит:

1. Квантовая механика работает везде. Мы видим запутанность не только в идеальных лабораторных условиях. Те же законы, которые, возможно, дадут нам квантовые компьютеры, действуют и в самых безумных условиях, какие только существуют в природе.

2. Мост между мирами. Исследование соединяет физику высоких энергий и квантовую информатику — область, стоящую за квантовыми вычислениями. Учёные берут инструменты, разработанные для квантовых систем, и применяют их к данным с коллайдеров. Ищут закономерности, которые не укладываются в нашу текущую картину мира.

3. Может открыть новую физику. Эти методы способны уловить тонкие эффекты, указывающие на то, что находится за пределами нашего нынешнего понимания. Может быть, даже намекнуть на устройство реальности на фундаментальном уровне.

Вселенная, оказывается, связана гораздо теснее, чем мы думали.

Суть

Мне нравится, что это исследование напоминает нам, какой странной и красивой бывает квантовая физика. Мы привыкли думать, что квантовые эффекты — это что-то хрупкое, существующее только в аккуратных лабораторных экспериментах. Легко разрушить, легко потерять.

Но это не то, что показывает это исследование.

Квантовая запутанность — не тает и не исчезает. Это не лабораторная диковинка. Она вплетена в саму ткань реальности и остаётся там даже когда частицы рождаются в условиях, способных разнести в пыль что угодно.

Те самые «странные правила квантовой механики», которые, возможно, дадут нам невероятно мощные компьютеры будущего, действуют повсюду в природе — может быть, даже способами, о которых мы пока даже не подозреваем.

И знаете что? Мне это кажется утешительным.