Το πείραμα Belle επιβεβαιώνει το φαινόμενο του κβαντικού εναγκαλισμού
μέχρι την ενέργεια των 10 GeV

 Πηγή: Ιαπωνικό Κέντρο Έρευνας Υψηλών Ενεργειών, 16 Μαρτίου 2007

Το 1935 ο Albert Einstein και οι συνεργάτες του Boris Podolski και Nathan Rosen (EPR) έγραψαν ένα περίφημο άρθρο για τις "διαπλεγμένες ή εναγκαλισμένες καταστάσεις". Συστήματα δηλαδή, τα οποία σύμφωνα με την κβαντομηχανική πρέπει να τα μεταχειριζόμαστε ως ενιαίο σύνολο, όσο μακριά και αν βρίσκονται τα τμήματα που τα αποτελούν. Το συμπέρασμα αυτό τους οδήγησε τότε στην παραδοχή ότι η κβαντομηχανική δεν μπορούσε να αποτελεί μια πλήρη θεωρία. Συμπέραναν ότι χρειάζονται και άλλες πρόσθετες φυσικές ποσότητες (οι λεγόμενες κρυμμένες μεταβλητές) για να περιγραφεί η φυσική πραγματικότητα. Από τότε, η θεωρητική και πειραματική δουλειά που έγινε στο μεταξύ, έχει αποκλείσει τις πιο απλές εκδοχές των κρυμμένων μεταβλητών και μας υποδεικνύει ότι ο κβαντομηχανικός εναγκαλισμός είναι πραγματικό χαρακτηριστικό του κόσμου.

Τα μέχρι τώρα πειράματα για την επιβεβαίωση της κβαντομηχανικής άποψης περιλάμβαναν τη χρήση φωτονίων, ατομικών συστημάτων και καονίων (σωματίων που περιέχουν το είδος των κουάρκς που ονομάζονται παράξενα). Τώρα, το πείραμα Belle στο ερευνητικό κέντρο ΚΕΚ στην Tsukumba της Ιαπωνίας, χρησιμοποίησε ζεύγη Β μεσονίων (τα οποία περιέχουν το είδος των bottom κουάρκς). H εργασία τους που θα δημοσιευτεί στο περιοδικό Physical Review Letters, ελέγχει την κβαντομηχανική ερμηνεία μέχρι την κλίμακα ενέργειας των 10 δισεκατομμυρίων eV. Φτάνει δηλαδή αρκετά πιο μακριά στην ενεργειακή κλίμακα σε σχέση με όλα τα προηγούμενα πειράματα.
 
Το πείραμα Belle ελέγχει την κβαντομηχανική με τον εξής τρόπο. Κατά τις συγκρούσεις ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων στον συγκρουστή του κέντρου ΚΕΚ, παράγονται συντονισμοί-σωμάτια Υ σε κατάσταση 4S. Αυτά διασπώνται σε Β μεσόνια. Αυτό που μετράνε είναι ο συσχετισμός των χρόνων μέσα στους οποίους διασπώνται στη συνέχεια τα Β μεσόνια. Τα προϊόντα της διάσπασής τους καταγράφονται στους ανιχνευτές του Belle. Εξετάζοντας λοιπόν προσεκτικά τον χρονικό συσχετισμό των διασπάσεων των ζευγών των Β-μεσονίων, οι πειραματικοί φυσικοί του Belle είναι σε θέση να αποκλείσουν δύο εναλλακτικές θεωρίες που έχουν προταθεί αντί για την κβαντομηχανική. Την αυθόρμητη απεμπλοκή, όπου τα δύο Β μεσόνια εξελίσσονται ανεξάρτητα το ένα του άλλου, και μια άλλη εναλλακτική θεωρία που αποκαλείται μοντέλο των  Pompili-Selleri.
 
Τα αποτελέσματα του Belle είναι συνεπή με την πρόβλεψη της κβαντομηχανικής, κατά την οποία κάθε ζεύγος παραγομένων Β μεσονίων συμπεριφέρεται ως ένα διαπλεγμένο (εναγκαλισμένο) αντικείμενο. Τα δεδομένα του πειράματος είναι τώρα διαθέσιμα προς όλους όσους θα ήθελαν να ελέγξουν και άλλα εναλλακτικά μοντέλα που πιθανόν θα προταθούν στο μέλλον από θεωρητικούς, αντί της κβαντομηχανικής.
 
Το πείραμα Belle είναι μια συνεργασία επιστημόνων από πανεπιστήμια και εργαστήρια της Αμερικής, Ασίας, Αυστραλίας και Ευρώπης. Ο επιταχυντής που χρησιμοποιούν έχει την υψηλότερη στον κόσμο παροχή σωματιδίων ανά δευτερόλεπτο.
 

Εικόνα 2  :  Στον επιταχυντή του KEK ένα B-μεσόνιο και ένα αντι-B μεσόνιο δημιουργούνται ως ζεύγος. Σε ένα από τα προτεινόμενα ως εναλλακτικά μοντέλα αντί της κβαντομηχανικής, κάθε μεσόνιο ταλαντώνεται ανεξάρτητα του άλλου μεταξύ των καταστάσεων Β και αντι-Β. Αν αυτό ήταν σωστό, τότε στις δύο θέσεις παρατήεησης του σχήματος θα βλέπαμε κάποιους διάκριτους συνδυασμούς. Μερικές φορές Β και Β, άλλες φορές Β και αντι-Β κ.ο.κ.

Εικόνα 3  :Σύμφωνα όμως με την κβαντομηχανική, τα δύο μεσόνια είναι εναγκαλισμένα (διαπλεγμένα) και αποτελούν ένα ενιαίο αντικείμενο. Το πρώτο μεσόνιο έχει τη μορφή του Β κατά το 50% του χρόνου και τη μορφή του αντι-Β κατά το υπόλοιπο 50% του χρόνου. Το δεύτερο μεσόνιο θα είναι στην αντίθετη κατάσταση και θα ταλαντώνεται με τον χρόνο. Ο συνδυασμός που θα παρατηρούμε (B και B, B και αντι-B, ...) σύμφωνα με την κβαντομηχανική, διαφέρει προφανώς από το μοντέλο που θεωρεί τα μεσόνια ως ανεξάρτητα. Ένα άλλο μοντέλο (των Pompili-Selleri ) αποφεύγει επίσης τον εναγκαλισμό, και προβλέπει αποτελέσματα παραπλήσια με αυτά της κβαντομηχανικής, αλλά διαφέρουν όμως στις λεπτομέρειές τους.

Εικόνα 4 :Στη μέτρηση που φαίνεται στην εικόνα, η ομάδα του Belle επέλεξε να μετράει την διάσπαση του Β σε ένα D* μεσόνιο, ένα λεπτόνιο (ηλεκτρόνιο ή μιόνιο),και ένα νετρίνο. Το άλλο σωμάτιο του ζεύγους μπορεί να είναι είτε ένα B-μεσόνιο είτε ένα αντι-B μεσόνιο. Παρατηρώντας τα τελικά σωματίδια που παράγονται μπορούμε να ξέρουμε, τι ακριβώς ήταν. Η χρονική διαφορά (Δ t) των διασπάσεων των δύο μεσονίων μπορεί να βρεθεί από την ακριβή μέτρηση των σημείων όπου έγινε η κάθε διάσπαση.

Εικόνα 5 :  Η μέτρηση του συστήματος των Β μεσονίων στο πείραμα Belle, βρίσκεται σε καλή συμφωνία με την πρόβλεψη της κβαντομηχανικής, και αποκλείει άλλα εναλλακτικά μοντέλα ερμηνείας.

Home