I ricercatori del Brookhaven Lab hanno fatto una scoperta rivoluzionaria riguardo ai quark e ai gluoni all’interno dei protoni, ridefinendo la nostra comprensione della struttura di queste particelle fondamentali. Utilizzando la scienza delle informazioni quantistiche, hanno confermato le previsioni teoriche con i dati delle collisioni, aprendo la strada a ulteriori studi presso l’Electron-Ion Collider (EIC).
Gli scienziati del Brookhaven National Laboratory, in collaborazione con altri ricercatori, hanno sviluppato un innovativo metodo per esplorare il funzionamento interno dei protoni. Utilizzando la scienza delle informazioni quantistiche, analizzano i dati delle collisioni ad alta energia tra elettroni e protoni per mappare l’influenza dell’entanglement quantistico sulle tracce delle particelle all’interno del protone.
I risultati ottenuti rivelano che i quark e i gluoni, le particelle costituenti dei protoni, sono soggetti all’entanglement quantistico. Questo fenomeno, noto come “azione spettrale a distanza” da Albert Einstein, consente alle particelle di condividere informazioni sui loro stati, come la direzione dello spin, anche quando sono separate. Inoltre, l’entanglement tra quark e gluoni avviene a scale incredibilmente piccole, inferiori a un quadrilionesimo di metro, coinvolgendo l’intero gruppo di particelle all’interno del protone.
Il recente articolo pubblicato sulla rivista Reports on Progress in Physics (ROPP) riassume sei anni di ricerca del team, offrendo una mappatura dettagliata di come l’entanglement influenzi la distribuzione delle particelle stabili emerse dalle collisioni. Questa nuova prospettiva sull’entanglement tra quark e gluoni aggiunge complessità alla nostra comprensione della struttura interna dei protoni e potrebbe aprire nuove prospettive in diversi ambiti scientifici.
Prima di questo studio, l’entanglement all’interno dei protoni non era stato esaminato nei dati sperimentali delle collisioni ad alta energia. Questa scoperta ha portato a una revisione della visione tradizionale del protone come una semplice collezione di quark e gluoni, evidenziando la complessità dinamica del sistema. L’entanglement tra quark e gluoni potrebbe offrire nuove chiavi di lettura per comprendere fenomeni complessi in fisica nucleare e potrebbe essere uno dei focus degli esperimenti futuri presso l’Electron-Ion Collider (EIC).
Per questo studio, i ricercatori hanno utilizzato il linguaggio e le equazioni della scienza delle informazioni quantistiche per prevedere l’impatto dell’entanglement sulle particelle emerse dalle collisioni elettrone-protoni ad alta energia. Questo approccio, sviluppato da Dmitri Kharzeev e Eugene Levin, ha permesso di formulare previsioni sull’entropia delle collisioni, ovvero il disordine generato dall’entanglement.
Analizzando i dati delle collisioni protone-protone presso il Large Hadron Collider e le collisioni elettrone-protoni dell’esperimento HERA, i ricercatori hanno confermato le previsioni teoriche sull’entropia dell’entanglement. Questi risultati forniscono una solida base per futuri esperimenti presso l’EIC e gettano luce sulle interazioni della forza forte e sui fenomeni emergenti all’interno dei protoni.
L’entanglement tra quark e gluoni all’interno dei protoni offre nuove prospettive sulle interazioni di forza forte e potrebbe aiutare a risolvere domande fondamentali in fisica nucleare. Questa scoperta potrebbe aprire la strada a una maggiore comprensione della struttura della materia visibile e a nuove frontiere di ricerca.
La ricerca, finanziata da diverse istituzioni scientifiche, ha confermato l’importanza dell’entanglement quantistico nella struttura dei protoni e potrebbe portare a nuove scoperte nel campo della fisica nucleare e delle particelle.
