L’intrication quantique, les protons et les trous noirs entrent dans un bar

Des protons, un enchevêtrement quantique et un trou noir entrent dans un bar.

Cette blague pourrait en fait aller quelque part grâce à la découverte récente que des fragments de l’intérieur d’un proton présentent un enchevêtrement quantique maximal – une découverte qui, bizarrement, pourrait pointer vers un autre objet thermodynamique beaucoup plus grand : les trous noirs, selon une étude récente publiée dans le Revue Physique Européenne C

Bien que non – personne ne parle d’un trou noir littéral caché à l’intérieur d’un proton (cela n’a aucun sens), découvrir une physique similaire à une si petite échelle signifie un chevauchement rare dans la façon dont nous décrivons l’univers physique – où les théories à propos de choses extrêmement grandes décrivent également les caractéristiques cachées de choses indiciblement petites.

L’intrication quantique, les protons et les trous noirs entrent dans un bar

À l’intérieur des protons, il y a plusieurs fragments qui doivent être au maximum enchevêtrés les uns avec les autres – si ce n’est pas le cas, les prédictions théoriques ne correspondraient pas aux données des expériences, selon l’étude. Le modèle décrit par la théorie permet aux scientifiques de proposer que, contrairement au consensus, la physique se déroulant à l’intérieur des protons pourrait avoir beaucoup en commun avec l’entropie ou la température.

Et ces processus sont plus prononcés lorsqu’il s’agit d’objets exotiques, comme les trous noirs.

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Deux théoriciens sont à l’origine de cette étude : Krzysztof Kutak de l’Institut de physique nucléaire de l’Académie polonaise des sciences (IFJ PAN), à Cracovie en Pologne, et Martin Hentschinski, de l’Universidad de las Americas Puebla, au Mexique.

Ensemble, les deux ont évalué un scénario où des électrons sont projetés sur des protons. Un électron entrant avec une charge électrique négative, à l’approche d’un proton chargé positivement, interagira, ce qui fera dévier le premier dans une nouvelle voie.

L’interaction électromagnétique se produit lorsqu’un photon est échangé entre le proton et l’électron – plus les deux particules interagissent fortement, plus le changement d’impulsion du photon est important, ce qui, à son tour, réduit le temps de l’onde électromagnétique.

L’apport d’entropie dans la physique des protons signifie des trous noirs

“Si un photon est suffisamment “court” pour [fit] à l’intérieur d’un proton, il commence à “résoudre” les détails de sa structure interne”, a déclaré Kutak, dans un rapport de SciTech Quotidien† “Le résultat de l’interaction avec ce type de photon peut être la désintégration du proton en particules. Nous avons montré qu’il y a intrication entre les deux situations. Si l’observation par le photon de la partie intérieure du proton conduit à sa désintégration en un certain nombre de particules, disons trois, alors le nombre de particules provenant de la partie non observée du proton est déterminé par le nombre de particules vues dans la partie observée du proton.”

Il y a beaucoup plus dans la procédure de recherche, mais la tendance récente des physiciens quantiques à lier l’entropie à l’état interne d’un proton – via un concept bien connu de la thermodynamique classique – a permis aux scientifiques de mesurer le degré de mouvement désordonné entre particules dans un système analysé. Cet état désordonné donne aux systèmes une entropie élevée, avec un ordre correspondant à une entropie faible.

Comme ci-dessus, donc ci-dessous – Et des découvertes récentes montrent que c’est ainsi que les choses se passent à l’intérieur du proton, ce qui signifie que les physiciens peuvent décrire l’entropie d’intrication dans ce contexte. Mais, il reste de nombreux physiciens qui sont résolus dans leur conviction que les protons sont eux-mêmes un état quantique pur, ce qui signifierait que nous ne pouvons pas les décrire avec de l’entropie. Et la nouvelle étude franchit une étape importante en mettant en évidence la thèse de l’intrication, pour le proton. Cela concerne un large éventail de concepts, notamment la surface d’un trou noir. Et cela signifie le début d’un domaine nouveau et passionnant, qui a cruellement besoin d’être approfondi.

Résumé de l’étude

Nous étudions la proposition de Kharzeev et Levin d’une fonction d’onde proton intriquée au maximum dans la diffusion inélastique profonde à faible X et la relation proposée entre le nombre de partons et la multiplicité des hadrons à l’état final. Contrairement à la formulation originale, nous déterminons l’entropie partonique à partir de la somme des fonctions de distribution des gluons et des quarks à faible X, que nous obtenons à partir d’une distribution de gluons non intégrée soumise à l’évolution de l’ordre suivant de Balitsky–Fadin–Kuraev–Lipatov. Nous trouvons pour ce cadre un très bon accord avec les données du S1. Nous fournissons en outre une comparaison basée sur les fonctions de distribution de parton NNPDF à la fois à côté de l’ordre suivant et à côté de l’avant avec de petites X résumé, où ce dernier fournit une description acceptable des données.

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