Interior of Protons Exhibit Maximum Quantum Entanglement – May Share Common Physics With Black Holes

एक प्रोटॉन के इंटीरियर के टुकड़े मेक्सिको और पोलैंड के वैज्ञानिकों द्वारा अधिकतम क्वांटम उलझाव प्रदर्शित करने के लिए दिखाए गए हैं। पहले से ही प्रायोगिक डेटा के साथ सामना की गई खोज, हमें यह मानने की अनुमति देती है कि कुछ मामलों में एक प्रोटॉन के अंदर की भौतिकी में न केवल प्रसिद्ध थर्मोडायनामिक घटना के साथ, बल्कि ब्लैक होल के भौतिकी के साथ भी बहुत कुछ हो सकता है।

एक प्रोटॉन के अंदर के विभिन्न टुकड़े एक दूसरे के साथ अधिकतम रूप से उलझे होने चाहिए, अन्यथा सैद्धांतिक भविष्यवाणियां प्रयोगों में एकत्र किए गए डेटा से सहमत नहीं होंगी, यह यूरोपीय भौतिक जर्नल सी में दिखाया गया था। सैद्धांतिक मॉडल (जो भौतिकविदों दिमित्री द्वारा मूल प्रस्ताव का विस्तार करता है) खार्ज़ीव और यूजीन लेविन) यह मान लेना संभव बनाता है कि, वर्तमान विश्वास के विपरीत, प्रोटॉन के अंदर काम करने वाली भौतिकी एन्ट्रापी या तापमान जैसी अवधारणाओं से संबंधित हो सकती है, जो बदले में ब्लैक होल जैसी विदेशी वस्तुओं से संबंधित हो सकती है। खोज के लेखक मेक्सिको में यूनिवर्सिडैड डी लास अमेरिका पुएब्ला के डॉ. मार्टिन हेंट्सचिंस्की और पोलैंड के क्राको में पोलिश एकेडमी ऑफ साइंसेज (आईएफजे पैन) के परमाणु भौतिकी संस्थान से डॉ. क्रिज़्सटॉफ कुटक हैं।

मैक्सिकन-पोलिश सिद्धांतकारों ने उस स्थिति का विश्लेषण किया जिसमें प्रोटॉन पर इलेक्ट्रॉनों को निकाल दिया जाता है। जब एक ऋणात्मक विद्युत आवेश वाला एक आने वाला इलेक्ट्रॉन धनावेशित प्रोटॉन के पास जाता है, तो यह विद्युत चुम्बकीय रूप से इसके साथ संपर्क करता है और अपने पथ को विक्षेपित करता है। इलेक्ट्रोमैग्नेटिक इंटरैक्शन का मतलब है कि इलेक्ट्रॉन और प्रोटॉन के बीच एक फोटॉन का आदान-प्रदान किया गया है। संपर्क जितना मजबूत होगा, फोटॉन के संवेग में उतना ही अधिक परिवर्तन होगा और इसलिए संबद्ध विद्युत चुम्बकीय तरंग उतनी ही कम होगी।

“यदि एक फोटॉन एक प्रोटॉन के अंदर ‘फिट’ होने के लिए पर्याप्त ‘छोटा’ है, तो यह अपनी आंतरिक संरचना के विवरण को ‘हल’ करना शुरू कर देता है। इस तरह के फोटॉन के साथ बातचीत का परिणाम प्रोटॉन के कणों में क्षय हो सकता है। हमने दिखाया है कि दो स्थितियों के बीच उलझाव है। यदि प्रोटॉन के आंतरिक भाग के फोटान द्वारा प्रेक्षण के कारण उसका क्षय कई कणों में हो जाता है, मान लीजिए तीन, तो प्रोटॉन के बिना प्रेक्षित भाग से उत्पन्न होने वाले कणों की संख्या, इसमें देखे गए कणों की संख्या से निर्धारित होती है। प्रोटोन का प्रेक्षित भाग,” डॉ. कुटक बताते हैं।

हम विभिन्न क्वांटम वस्तुओं के क्वांटम उलझाव की बात कर सकते हैं, यदि वस्तुओं की कुछ विशेषताएं एक विशेष तरीके से एक दूसरे से संबंधित हैं। घटना के शास्त्रीय सादृश्य को एक सिक्के के उछाल द्वारा दर्शाया जा सकता है। मान लीजिए कि एक वस्तु सिक्के का एक पहलू है, और दूसरी वस्तु उसका दूसरा पहलू है। जब हम एक सिक्के को पलटते हैं, तो इस बात की समान संभावना होती है कि सिक्का चित या पट ऊपर की ओर आ जाए। यदि यह ऊपर की ओर लैंड करता है, तो हम निश्चित रूप से जानते हैं कि दूसरा पक्ष टेल है। हम तब अधिकतम उलझाव की बात कर सकते हैं क्योंकि किसी वस्तु की विशेषता के मूल्य को निर्धारित करने वाली संभाव्यता किसी भी संभावित मूल्य का पक्ष नहीं लेती है: हमारे पास चित होने की 50% संभावना है और पूंछ के लिए भी यही है। अधिकतम से छोटा उलझाव तब होता है जब संभाव्यता संभावित परिणामों में से किसी एक को अधिक या कम हद तक पसंद करने लगती है।

“हमारे अध्ययन से पता चलता है कि एक गुजरने वाले फोटॉन द्वारा देखे गए प्रोटॉन के इंटीरियर को खारज़ीव और लेविन द्वारा सुझाए गए अनुसार इस अधिकतम तरीके से अनदेखी भाग से उलझाया जाना चाहिए। व्यवहार में, इसका मतलब यह है कि हमारे पास यह अनुमान लगाने का कोई मौका नहीं है कि, फोटॉन के साथ बातचीत के कारण, प्रोटॉन तीन, चार, या किसी अन्य संख्या में कणों में क्षय हो जाएगा, ”डॉ। हेंटचिंस्की बताते हैं।

नई सैद्धांतिक भविष्यवाणियों को पहले ही सत्यापित किया जा चुका है। यदि प्रोटॉन के अंदर उलझाव अधिकतम नहीं होता, तो सैद्धांतिक गणना और HERA त्वरक पर H1 प्रयोग के परिणामों के बीच विसंगतियां होतीं।[{” attribute=””>DESY center in Hamburg, where positrons (i.e. antiparticles of the electrons) were collided with protons until 2007. Such discrepancies were not observed.

The success of the Polish-Mexican tandem is due to the fact that the researchers managed to correctly identify the factors responsible for the maximum entanglement of the proton interior.

In the naive schoolbook view, the proton is a system of three elementary particles: two up quarks and one down quark. However, the strong interactions between these quarks, carried by gluons, can be so strong that they lead to the creation of virtual particle-antiparticle pairs. These can be not only pairs of virtual gluons (which are their own antiparticles), but also pairs made up of any quark and its corresponding antiparticle (even one as massive as charm). All this means that inside the proton, apart from three valence quarks, there are constantly ‘boiling’ seas of virtual gluons and virtual quarks and antiquarks.

“In earlier publications, physicists dealing with the subject assumed that the source of entanglement should be a sea of gluons. Later, attempts were made to show that quarks and antiquarks are the dominant source of entanglement, but even here the proposed methods of description did not stand the test of time. Meanwhile, according to our model, verified by confrontation with experimental data, the sea of virtual gluons is responsible for about 80% of the entanglement, while the sea of virtual quarks and antiquarks is responsible for the remaining 20%,” emphasizes Dr. Kutak.

Most recently, quantum physicists have been associating entropy with the state inside a proton. This is a quantity well known from classical thermodynamics, where it is used to measure the degree of disordered motion of particles in an analyzed system. It is assumed that when a system is disordered, it has high entropy, whereas an ordered system has low entropy. It has recently been shown that in the case of the proton, we can successfully talk about entanglement entropy. However, many physicists have considered the proton to be a pure quantum state in which one should not speak of entropy at all. The consistency of the Mexican-Polish model with experiment is a strong argument for the fact that the concept of entanglement inside the proton as proposed by Kharzeev and Levin has a point. Last but not least, since entanglement entropy is also related to concepts such as the surface area of black holes, the latest result opens an interesting field for further research.

Reference: “Evidence for the maximally entangled low x proton in Deep Inelastic Scattering from H1 data” by Martin Hentschinski and Krzysztof Kutak, 4 February 2022, The European Physical Journal C.
DOI: 10.1140/epjc/s10052-022-10056-y