Международная группа физиков разработала новую теорию, описывающую взаимодействия внутри протона с учетом квантовой запутанности составляющих его частиц. Подход объясняет данные экспериментов по рассеянию частиц, возникающих при столкновениях электронов и протонов.
В новой работе ученые из Брукхейвенской национальной лаборатории (BNL), Университета Стони Брук (SBU), Университета Пуэбла (UDLAP) и Института ядерной физики Польской академии наук (IFJ PAN) применили квантовую теорию информации и концепцию квантовой запутанности для описания взаимодействий кварков и глюонов, составляющих протон.
Ключевым моментом является предположение о квантовой запутанности кварков и глюонов (партонов) внутри протона. Эта запутанность проявляется в корреляции характеристик объектов, даже если они разделены расстоянием. В протоне она возникает на расстояниях в квадриллионные доли метра и затрагивает все партоны.
Когда электрон сталкивается с протоном, возникает электромагнитное взаимодействие, переносимое фотоном. При глубоко неупругих столкновениях энергия фотона позволяет увидеть внутреннюю структуру протона. В результате протон может распасться, образовав вторичные частицы, при этом количество частиц, испущенных из “замеченной” фотоном части протона, определяет количество наблюдаемых адронов.
Исследователи доказали, что на основе энтропии запутывания можно предсказать энтропию адронов, образующихся при столкновении электрона с протоном. Полученные результаты подтвердились в эксперименте H1 на ускорителе HERA в DESY. Это говорит о том, что новый формализм, учитывающий энтропию запутывания, способен объяснить природу наблюдаемых явлений. Изучение энтропии запутывания поможет лучше понять, как сильные взаимодействия связывают кварки и глюоны в протонах, а также как принадлежность к большему атомному ядру влияет на свойства протона.
