Gdy wysokoenergetyczny foton uderza w proton, cząstki wtórne rozbiegają się w sposób wskazujący, że wnętrze protonu jest maksymalnie splątane. Międzynarodowy zespół fizyków z udziałem Instytutu Fizyki Jądrowej PAN w Krakowie właśnie wykazał, że maksymalne splątanie jest obecne w protonie nawet w tych przypadkach, gdy w zderzenia są zaangażowane pomerony.

Półtora roku temu odkryto, że różne części wnętrza protonu muszą być ze sobą kwantowo maksymalnie
splątane. Wynik ten, osiągnięty przy współudziale prof. Krzysztofa Kutaka z Instytutu Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk (IFJ PAN) w Krakowie oraz prof. Martina Hentschinskiego z Universidad de las Americas Puebla, był konsekwencją rozważań i obserwacji dotyczących zderzeń wysokoenergetycznych fotonów z kwarkami i gluonami w protonach i potwierdził hipotezę zaprezentowaną kilka lat wcześniej przez profesorów Dimitriego Kharzeeva oraz Eugene’a Levina.

Teraz, w artykule opublikowanym w czasopiśmie „Physical Review Letters”, międzynarodowy zespół fizyków zaprezentował dopełniającą analizę splątania, dotyczącą przypadków zderzeń fotonów z protonami, w których cząstki wtórne (hadrony) są wytwarzane w procesie nazywanym produkcją dyfrakcyjną. Główne pytanie brzmiało: czy i w tych przypadkach wśród kwarków i gluonów protonu pojawia się splątanie, a jeśli tak, czy także jest maksymalne? Obecne badania są dopełnieniem dotychczasowej wiedzy o przebiegu wydarzeń podczas zderzeń fotonów z protonami. Dzięki nim można dziś powiedzieć, że maksymalne splątanie jest w tych procesach zjawiskiem uniwersalnym, obecnych w obu znanych nam mechanizmach produkcji cząstek wtórnych.

„Nasz rezultat ma znaczenie nie tylko teoretyczne, ale także praktyczne. Głębsze zrozumienie sposobu, w jaki we wnętrzu protonu formuje się stan maksymalnie splątany, pozwoli bowiem na lepszą interpretację wyników z przyszłych zderzaczy cząstek, takich jak Electron-Ion Collider”, podsumowuje prof. Kutak.

Po stronie polskiej badania zostały sfinansowane ze środków europejskiego projektu STRONG- 2020 oraz grantu polsko-amerykańskiej Fundacji Kościuszkowskiej.

Więcej informacji na stronie Instytutu Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk.