Eine bahnbrechende Entdeckung in der Quantenphysik zeigt, dass Quarks und Gluonen, die grundlegenden Bestandteile von Protonen, in einem Zustand der Quantenverschränkung existieren können, wobei sie Informationen in bisher unerreichten Maßstäben teilen. Diese Entdeckung, die am 21. Januar 2025 gemeldet wurde, stellt die langjährigen Ansichten über Protonen als statische Entitäten in Frage.
Forscher am Brookhaven National Laboratory verwendeten fortschrittliche Datenanalysetechniken aus dem Large Hadron Collider und dem Hadron-Electron Ring Accelerator, um dieses Phänomen zu entdecken. Sie erfassten die Verschränkung zwischen Quarks und Gluonen über Distanzen von nur einem Billiardstel Meter, was darauf hinweist, dass diese Teilchen die maximal mögliche Informationsmenge innerhalb eines Protons teilen.
Der Physiker Zhoudunming Tu erklärte, dass diese Entdeckung das Verständnis der Protonenstruktur grundlegend verändert und die dynamischen Wechselwirkungen zwischen den Komponenten betont. Die Studie nutzte Prinzipien der Quanteninformationswissenschaft, insbesondere Entropiemessungen, die aufgrund der Verschränkung einen Anstieg zeigten und direkte Beweise für diesen quantenmechanischen Zustand lieferten.
Die Auswirkungen dieser Forschung gehen über die theoretische Physik hinaus. Sie eröffnet Möglichkeiten für weitere Untersuchungen zur Rolle der Quantenverschränkung innerhalb der Atomkerne. Zukünftige Erkundungen sind mit dem Elektron-Ionen-Collider geplant, der voraussichtlich in der nächsten Dekade in Betrieb genommen wird, sowie mit alternativen experimentellen Techniken wie ultra-peripheren Schwerionenkollisionen.
Während die Forschung voranschreitet, wird erwartet, dass diese Ergebnisse das Verständnis grundlegender Teilchen und deren Verhalten vertiefen und potenziell zu bedeutenden Fortschritten in der Quanten technologie und deren Anwendungen in Bereichen wie der Quantencomputing und Materialwissenschaft führen.