Hai anh em sinh đôi Tìm thấy 'Phép thuật' trong Quark tại Máy Va chạm Hadron Lớn

Nhà tương lai học Arthur C. Clarke đã có câu nói nổi tiếng rằng “bất kỳ công nghệ đủ tiên tiến nào cũng không thể phân biệt được với ma thuật”. Chà, một nhóm các nhà vật lý vừa chỉ ra rằng một phương pháp sản xuất hạt phổ biến tại Máy Va chạm Hadron Lớn chỉ tạo ra được điều đó.

Máy Va chạm Hadron Lớn đã tạo ra một số khám phá hấp dẫn nhất trong vật lý hạt trong hơn một thập kỷ. Đóng góp nổi tiếng nhất của nó cho khoa học là việc quan sát hạt Higgs Boson vào năm 2012, nhưng máy gia tốc hạt khổng lồ là một thành phần không thể thiếu của cơ sở hạ tầng vật lý hạt, nơi những hiểu biết mới về những phần vô cùng nhỏ của vật chất và các định luật cơ bản chi phối vũ trụ của chúng ta được thẩm vấn một cách chính xác.

Nhóm nghiên cứu – anh em nhà White, hai nhà vật lý song sinh tại Queen Mary, Đại học London và Đại học Adelaide ở Úc – đã xuất bản một bài báo trong tuần này trên tạp chí Đánh giá thể chất D điều tra sự biểu hiện của một đặc tính, theo nghĩa đen được gọi là ma thuật, trong các vụ va chạm tại LHC.

Chris White, trong một bản phát hành của Queen Mary, Đại học London, cho biết: “Công trình của chúng tôi khám phá khái niệm 'ma thuật' trong các quark hàng đầu, về cơ bản đo lường mức độ phù hợp của các hạt để chế tạo các máy tính lượng tử mạnh mẽ”. Quark đỉnh là một trong sáu loại—hoặc loại—của quark, và là hạt nặng nhất trong Mô hình Chuẩn.

Phép thuật là thước đo mức độ khó mô phỏng của một trạng thái lượng tử đối với một máy tính cổ điển. Ý tưởng là với những vấn đề đặc biệt phức tạp, máy tính cổ điển ít được sử dụng. Đồng tình với Clarke, khoa học đang hoạt động về cơ bản là ma thuật đối với máy tính cổ điển – mặc dù tôi nên lưu ý rằng việc sử dụng thuật ngữ “ma thuật” trong vật lý cứng có nguồn gốc từ JE Klauder vào năm 1972.

Trong nghiên cứu của họ, hai anh em đã nghiên cứu hành trạng của các quark đỉnh và khả năng LHC tạo ra các quark đỉnh ma thuật, được xác định bởi vận tốc và hướng của các hạt. Các máy dò của thí nghiệm ATLAS và Compact Muon Solenoid tại LHC có thể đo được những đặc tính này.

Cặp song sinh viết trong bài báo: “Có vẻ đặc biệt đúng lúc để khám phá xem liệu đặc tính của phép thuật có phải là tất yếu tự nhiên trong các thí nghiệm máy va chạm hiện tại hay không”. “Nói một cách đơn giản hơn: liệu thiên nhiên có tạo ra các quark đỉnh kỳ diệu không và nếu không thì tại sao không?”

Electric Light Orchestra có một bài hát có tựa đề “Strange Magic”, bài hát có nguy cơ làm sai lệch ca từ cao quý của Jeff Lynne, tôi (ở mức hoài nghi nhất) cảm thấy là dư thừa. Phép thuật vốn đã xa lạ với chúng ta nên chúng ta gọi nó là phép thuật. Nhưng có lẽ phép thuật kỳ lạ nhất là thứ mô tả giới hạn của thế giới mà chúng ta hiểu, từ những hiện tượng mà các chuyên gia vẫn đang nỗ lực giải mã.

Martin White, nhà vật lý tại Đại học Adelaide và đồng tác giả của nghiên cứu, cho biết: “Phép thuật càng cao thì chúng ta càng cần máy tính lượng tử để mô tả hành vi”. “Nghiên cứu các đặc tính kỳ diệu của hệ thống lượng tử tạo ra những hiểu biết sâu sắc đáng kể về sự phát triển và ứng dụng tiềm năng của máy tính lượng tử.”

Máy tính lượng tử hoạt động trên các bit lượng tử (hoặc qubit), giống như các bit máy tính thông thường ngoại trừ giá trị của chúng có thể được hiểu đồng thời là 0 và 1, một đặc điểm của thế giới lượng tử cho phép máy tính xem xét nhiều giải pháp cho một vấn đề nhanh hơn so với máy tính cổ điển. máy tính. Mục tiêu cuối cùng—và thực tế là kỳ vọng—là máy tính lượng tử sẽ có thể giải quyết các vấn đề mà máy tính cổ điển không thể giải quyết được, một cột mốc quan trọng mà các nhà khoa học lượng tử đang chạy đua hướng tới, đôi khi bằng những cách tiếp cận độc đáo.

Martin White cho biết: “Khám phá này không chỉ về các hạt nặng nhất trong vũ trụ mà còn mở ra tiềm năng của một mô hình điện toán mới mang tính cách mạng”.

Vào mùa hè, công ty điện toán lượng tử Quantinuum đã công bố một chiếc máy tính mà họ cho rằng vượt trội hơn kết quả mang tính bước ngoặt của máy tính Google chứng tỏ “ưu thế lượng tử” gấp 100 lần.

Đầu tháng này, Google đã ra mắt chip lượng tử mới nhất của mình, Willow, công ty cho biết có thể thực hiện các phép tính trong 5 triệu, tương đương với một trong những siêu máy tính nhanh nhất thế giới trong 10 tỷ năm. Nhóm nghiên cứu lượng tử của Google cũng chứng minh một khía cạnh đáng chú ý của hệ thống lượng tử của họ: tỷ lệ lỗi của máy tính giảm theo cấp số nhân khi máy tính lượng tử tăng kích thước. Đủ để nói, cuộc đua hướng tới một thế giới mới dũng cảm về thông tin lượng tử đang trên đà phát triển.

LHC hoạt động trở lại vào năm 2022, sau ba năm gián đoạn để bảo trì và nâng cấp hệ thống định kỳ. Năm ngoái, các nhà khoa học làm việc trong thí nghiệm CMS của CERN—thí nghiệm nặng nhất tại LHC—đã công bố tiến bộ mới trong việc tìm kiếm các photon tối (hoặc ẩn), một ứng cử viên vật chất tối.

Tất cả những điều này diễn ra trước sự kiện High Luminosity-LHC sắp ra mắt, nó sẽ làm tăng độ sáng của cơ sở lên gấp 10 lần và tăng số lượng hạt Higgs boson mà các nhà vật lý có thể nghiên cứu lên gấp nhiều lần. LHC tân trang dự kiến ​​sẽ sẵn sàng hoạt động vào năm 2029; hiện tại, chuyến chạy thứ ba của LHC đang được tiến hành cho đến năm 2026.