Экспериментальный прорыв на ускорителе RHIC
Исследовательская группа коллаборации STAR, работающая на Релятивистском коллайдере тяжёлых ионов (RHIC) в Брукхейвенской национальной лаборатории (BNL, Министерство энергетики США), представила первые прямые доказательства процесса возникновения материи непосредственно из квантового вакуума. RHIC удерживает статус передового мирового центра в этой области, обеспечивая возможность столкновения протонов и ионов золота на скоростях, предельно близких к световым.
В ходе эксперимента физики сфокусировались на изучении миллионов актов столкновения протонов, пристально исследуя пары нестабильных частиц — лямбда-гиперонов и их антиподов, анти-лямбда-гиперонов. Эти частицы, существующие лишь краткие доли секунды, являются ключевым инструментом для зондирования внутренней структуры материи.
Анализ спиновых характеристик
Используя данные о характере распада частиц, учёные смогли восстановить их квантовый спин — фундаментальный момент импульса, который определяет магнитные свойства микрообъектов. Выяснилось, что в случае рождения лямбда- и анти-лямбда-гиперонов в непосредственной близости друг от друга их спины оказываются строго выровненными относительно друг друга.
Иллюстрация: Valerie A. Lentz / Brookhaven National Laboratory
«Эта работа даёт нам уникальное окно в квантовый вакуум, которое может открыть новую эру в нашем понимании того, как формируется видимая материя и как возникают её фундаментальные свойства», — подчеркнул физик из BNL и соавтор публикации Чжоудуньмин Ту.
Природа квантового вакуума и превращение энергии
Согласно современной физике, вакуум не является абсолютной пустотой. Это динамическое состояние, насыщенное флуктуирующими энергетическими полями, где постоянно возникают и исчезают пары виртуальных частиц и античастиц. В момент высокоэнергетического столкновения протонов на установке RHIC выделяется энергия, достаточная для «материализации» виртуальных кварк-антикварковых пар — они превращаются в реальные частицы, которые детектор STAR способен зафиксировать.
Запутанность на квантовом уровне
Результаты спинового анализа указывают на то, что странные кварки, входящие в состав лямбда-гиперонов, наследуют свойства единой запутанной пары, изначально возникшей из вакуума. Поскольку каждый лямбда-гиперон обязательно содержит странный кварк (а анти-лямбда — антикварк), это позволяет точно проследить «генеалогию» частицы.
Учёные отмечают, что эффект выравнивания спинов является свидетельством глубокой квантовой запутанности. При этом, если частицы разлетаются на значительное расстояние друг от друга, корреляция исчезает. Вероятно, это связано с влиянием внешних факторов, таких как активное взаимодействие с другими кварками в среде столкновения.
Данное исследование задаёт новый вектор в изучении механизмов формирования протонов, нейтронов и прочих адронов. В перспективе предложенная методика будет использована для анализа ядерных столкновений, в том числе в будущих экспериментах на строящемся электрон-ионном коллайдере.
комментарии закрыты.