Andrea Knue: Quantenverschränkung von Top-Quark-Paaren: der Teilchenbeschleuniger als Quantenlabor

Das Standardmodell der Teilchenphysik beschreibt die elementaren Bausteine unseres Universums sowie die Wechselwirkungen zwischen ihnen. Das Elementarteilchen mit der mit Abstand größten Masse im Teilchenzoo ist das Top-Quark, welches einen halbzahligen Spin besitzt. Schwere Elementarteilchen können nur durch die Wechselwirkungen anderer Teilchen produziert werden, zum Beispiel durch die gezielte Kollision von Protonen.
Nach der Entdeckung der anderen fünf Quarks in den 60er und 70er Jahren hatte man auch die Entdeckung des Top-Quarks in naher Zukunft erwartet. Seine riesige Masse hatte jedoch zur Folge, dass es erst 1995 zweifelsfrei nachgewiesen werden konnte.
Seit seiner Entdeckung ist es sehr detailliert vermessen worden. Dies ist zum Beispiel am Large-Hadron-Collider (LHC) am CERN (Genf) möglich, wo Top-Quarks in sehr hoher Rate produziert werden.
In dieser Präsentation wird gezeigt, dass Top-Quarks sich auch dazu eignen, fundamentale quantenmechanische Eigenschaften zu untersuchen.
Wird ein Top-Quark-Paar produziert, so können ihre Spins miteinander verschränkt sein.
Der Zustand des einen Quarks kann dann nicht mehr unabhängig vom Zustand des anderen Quarks beschrieben werden. Diese Verschränkung wurde erst kürzlich am LHC mit Hilfe der ATLAS und CMS Experimente nachgewiesen. Im folgenden Vortrag werden die Eigenschaften des Top-Quarks und der Zustand der Quantenverschränkung diskutiert und die Entdeckung am LHC vorgestellt.

Andrea Knue ist Physikerin im Bereich Elementarteilchenphysik und Mitglied des ATLAS Experiments am Large-Hadron Collider am CERN. Ihr Forschungsschwerpunkt ist das Top-Quark, seine Eigenschaften, und seine Beziehung zum Higgs-Boson.
Sie hat 2013 an der Georg-August Universität Göttingen promoviert, und war anschließend als Postdoktorandin an der University of Glasgow tätig. Danach führte sie ihre Forschung am Max-Planck Institut fuer Physik in München und an der Albert-Ludwigs Universitaet Freiburg fort, wo sie 2022 habilitierte. Seit 2023 ist sie Wissenschaftlerin an der TU Dortmund, wo sie auch in die Lehre eingebunden ist. Von Juli 2022 bis September 2024 leitete sie zudem die Top-Quark Forschungsgruppe des ATLAS Experimentes.