IMAGE: BROOKHAVEN LABORATORY.

Final view of a gold atom particles colliding in the STAR detector of the Relativistic Heavy Ion Collider at Brookhaven National Laboratory. The beams travel in opposite directions at nearly the speed of light before colliding.

A mysterious quantum phenomenon reveals an image of an atom like never before. You can even see the difference between protons and neutrons.

The Relativistic Heavy Ion Accelerator (RHIC), from the Brookhaven Laboratory in the United States, is a sophisticated device capable of accelerating gold ions to a speed of up to 99.995% that of light. Thanks to him, it has recently been possible to verify, for example, Einstein’s famous equation E=mc2.

Now, researchers in this laboratory have shown how it is possible to obtain precise details about the arrangement of protons and neutrons in gold using a type of quantum interference never seen before in an experiment . The technique is reminiscent of the positron emission tomography (PET) scan that doctors use to peer into the brain and other anatomical parts.

BEYOND WHAT WAS SEEN BEFORE

No microscopic probe or X-ray machine is capable of peering into the innards of the atom, so physicists can only theorize what happens there based on the remains of high-speed collisions that take place in particle colliders , such as CERN ‘s LHC 

However, this new tool opens the possibility of making more precise inferences of protons and neutrons (which make up atomic nuclei) thanks to the quantum entanglement of particles produced when gold atoms rub against each other at high speed.

The researchers   have shown how it is possible to obtain precise details about the arrangement of protons and neutrons in gold using a type of quantum interference never seen before in an experiment. 

At this scale, nothing can be observed directly because the very light used to carry out the observation interferes with the same observation. However, given enough energy, light waves can actually stir up pairs of particles that make up protons and neutrons, such as quarks and antiquarks .

When two nuclei intersect within a few nuclear radii, a photon from one nucleus can interact through a virtual quark-antiquark pair with gluons from the other nucleus (gluons are mediators of the strong interaction, the force that binds nuclei). quarks inside protons and neutrons).

This allows for the equivalent of the first experimental observation of entanglement involving different particles, allowing images so precise that the difference between the place of neutrons and protons within the atomic nucleus can even begin to be appreciated.

credit: TOUCH UNIVERSE

Un fenomen cuantic misterios dezvăluie o imagine a unui atom ca niciodată înainte. Puteți vedea chiar diferența dintre protoni și neutroni.

Acceleratorul Relativistic Heavy Ion (RHIC), de la Laboratorul Brookhaven din Statele Unite, este un dispozitiv sofisticat capabil să accelereze ionii de aur la o viteză de până la 99,995% cea a luminii. Datorită lui, recent a fost posibil să se verifice, de exemplu, celebra ecuație a lui Einstein E=mc2.

Acum, cercetătorii din acest laborator au arătat cum este posibil să se obțină detalii precise despre aranjarea protonilor și neutronilor în aur folosind un tip de interferență cuantică nemaivăzută până acum într-un experiment. Tehnica amintește de tomografia cu emisie de pozitroni (PET) pe care medicii o folosesc pentru a cerceta creierul și alte părți anatomice.

Dincolo de ceea ce s-a văzut înainte

Nicio sondă microscopică sau mașină de raze X nu este capabilă să privească în interiorul atomului, așa că fizicienii pot teoretiza ce se întâmplă acolo doar pe baza rămășițelor coliziunilor de mare viteză care au loc în ciocnitoarele de particule, cum ar fi LHC al CERN.

Cu toate acestea, acest nou instrument deschide posibilitatea de a face inferențe mai precise despre protoni și neutroni (care alcătuiesc nucleele atomice) datorită încurcăturii cuantice a particulelor produse atunci când atomii de aur se freacă unul de altul la viteză mare.

Cercetătorii au arătat cum este posibil să se obțină detalii precise despre aranjarea protonilor și neutronilor în aur folosind un tip de interferență cuantică nemaivăzută până acum într-un experiment.

La această scară, nimic nu poate fi observat în mod direct, deoarece chiar lumina folosită pentru a efectua observația interferează cu aceeași observație. Cu toate acestea, având suficientă energie, undele luminoase pot stârni de fapt perechi de particule care alcătuiesc protoni și neutroni, cum ar fi quarcii și antiquarcii.

Când două nuclee se intersectează în câteva raze nucleare, un foton dintr-un nucleu poate interacționa printr-o pereche virtuală quark-antiquark cu gluonii din celălalt nucleu (gluonii sunt mediatori ai interacțiunii puternice, forța care leagă nucleele). quarci în interiorul protonilor și neutronilor).

Acest lucru permite echivalentul primei observații experimentale a poziției diferitelor particule, permițând imagini atât de precise încât diferența dintre locul neutronilor și protonilor în nucleul atomic poate chiar să înceapă să fie observată.