Этот метод похож на то, как позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) сканирует мозг и другие части тела, но он работает в масштабе фемтометров - квадриллионных долей метра. Это поможет ученым понять, как глюоны формируют структуру протонов, нейтронов и атомов, из которых состоит видимая материя. Измерение квантовой интерференции проводится между разнородными частицами, которые разлетаются на расстоянии нескольких метров друг от друга в детекторе STAR. Это открытие может привести к новым способам использования квантовой запутанности. Почти все подобные попытки на сегодняшний день, в том числе в области квантовых вычислений, исследовали запутанность между идентичными частицами.

В этом исследовании использовался релятивистский коллайдер тяжелых ионов (RHIC), пользовательское устройство Управления науки Министерства энергетики, которое ускоряет и сталкивает ядра атомов, таких как золото. Эти ускоряющиеся ядра окружены облаком поляризованных фотонов - частиц света. Посредством серии квантовых флуктуаций фотоны, окружающие один ускоряющийся ион, могут взаимодействовать с глюонами в другом. Отслеживая скорость и углы, под которыми определенные частицы возникают в результате этих взаимодействий, ученые могут очень точно измерить поляризацию фотонов. Это позволяет им составить карту распределения глюонов как вдоль направления поляризации, так и перпендикулярно ему, что приводит к более точному распределению глюонов, чем измеренное ранее.

Чтобы провести эти измерения, ученые отслеживали два пиона - один с положительным зарядом, другой с отрицательным. Каждый из них состоит из объединенных волновых функций частиц, возникающих в результате процесса распада, который происходит внутри каждого из двух ядер, проходящих на "большом" расстоянии (для ядер). Интерференционные картины между волновыми функциями этих частиц указывали на то, что противоположно заряженные частицы, попадающие в звездный детектор RHIC, запутаны или синхронизированы друг с другом. Это первое в истории экспериментальное наблюдение интерференции между разнородными частицами позволяет измерить поляризацию фотонов - и может открыть новые возможности для использования квантовой запутанности.

Эта работа финансировалась Научным управлением Министерства энергетики, программой ядерной физики, Национальным научным фондом США и рядом международных агентств, перечисленных в опубликованном документе.