Физики впервые доказали превращение квантового вакуума в материю
pxhere.com
Физики международной коллаборации STAR, работающей в Брукхейвенской национальной лаборатории США, представили экспериментальные доказательства того, что квантовый вакуум способен напрямую порождать реальную материю. Исследование было проведено на коллайдере релятивистских тяжёлых ионов RHIC — одном из самых мощных ускорителей частиц в мире. По мнению ученых, результаты открывают новые возможности для понимания того, как во Вселенной могла формироваться видимая материя из пространства, которое внешне кажется пустым.
Современная квантовая теория рассматривает вакуум не как абсолютную пустоту, а как среду, насыщенную энергетическими флуктуациями. В таких условиях постоянно возникают пары виртуальных частиц и античастиц. Эти объекты существуют чрезвычайно короткое время и исчезают прежде, чем их можно зафиксировать. Однако в экстремальных условиях высокоэнергетических столкновений виртуальные частицы способны получать дополнительную энергию и становиться реальными.
Для проверки этой гипотезы ученые проанализировали миллионы протон-протонных столкновений, происходивших в RHIC при скоростях, близких к скорости света. Особое внимание специалисты уделили парам короткоживущих частиц — лямбда-гиперонов и их антиматериальных аналогов, антилямбда-гиперонов. Эти частицы оказались идеальными объектами для эксперимента, поскольку их квантовый спин можно восстановить по направлению распада.
В ходе исследования физики обнаружили важную закономерность: когда лямбда-гиперон и антилямбда-гиперон рождаются в столкновении на небольшом расстоянии друг от друга, их спины оказываются практически идеально сонаправленными. Такая корреляция, по словам ученых, является ключевым подтверждением того, что частицы могли возникнуть из вакуумных виртуальных пар.
Исследователи объясняют, что виртуальные пары кварк-антикварк в квантовом вакууме появляются уже в «запутанном» состоянии, когда их спины изначально связаны друг с другом. Именно поэтому совпадение спинов у реальных частиц, содержащих странные кварки, считается прямым доказательством того, что их происхождение связано с вакуумными флуктуациями.
Один из руководителей проекта, физик Брукхейвенской лаборатории Чжоудунмин (Конг) Ту, отметил, что наблюдать сохранение спиновой корреляции при переходе виртуальных кварков в реальную материю — крайне редкая возможность для современной науки.
При этом эффект исчезал, если частицы возникали на большем расстоянии друг от друга. Ученые предполагают, что в таких случаях на систему начинает влиять окружающая среда и взаимодействие с другими кварками, из-за чего квантовая связь разрушается. Это наблюдение может помочь исследовать переход от квантового поведения к классическому, который до сих пор остается одной из главных нерешенных задач физики.
Полученные результаты дают принципиально новый экспериментальный метод изучения того, как кварки соединяются в более сложные частицы — протоны, нейтроны и другие элементы материи. Фактически исследование демонстрирует, как «нечто» — наблюдаемая материя — может возникать из «ничего», то есть из квантового вакуума. В дальнейшем методику планируют использовать и в экспериментах на строящемся Электрон-ионном коллайдере, пишет Новая Наука.
