Фізики вперше довели, що реальна матерія може виникати з квантового вакууму

Американські фізики вперше отримали експериментальні докази того, як із квантового вакууму може виникати реальна матерія. Відкриття зробила колаборація STAR на Релятивістському важкоіонному колайдері RHIC у Brookhaven Nation­al Lab­o­ra­to­ry. Результати, опубліковані в журналі Nature, відкривають нове уявлення про походження видимої матерії та її фундаментальних властивостей.

У дослідженні проаналізували мільйони зіткнень протонів і зосередилися на лямбда-гіперонах та їхніх античастинках. Ці нестійкі частинки дозволяють відновити напрямок квантового спіну за продуктами розпаду. Вчені встановили, що коли лямбди й антилямбди народжуються поруч, їхні спіни виявляються ідеально вирівняними.

Квантовий вакуум постійно породжує флуктуації енергетичних полів, які створюють заплутані пари частинка–античастинка. Зазвичай вони існують надто коротко, щоб їх зафіксувати. Але зіткнення протонів на майже світлових швидкостях у RHIC дають достатньо енергії, щоб частина таких пар перетворювалася на реальні частинки, які реєструє детектор STAR.

Особливу роль відіграють лямбда-гіперони з дивним кварком та антилямбди з дивним антикварком. Віртуальні пари дивний кварк-антикварк у вакуумі завжди мають узгоджений спін. Виявлення такої ж узгодженості у реальних частинках свідчить, що вони походять із заплутаної вакуумної пари. Це стало прямим експериментальним підтвердженням квантових процесів у вакуумі.

Аналіз показав, що ефект зникає, якщо частинки утворюються на більшій відстані одна від одної, ймовірно через вплив інших взаємодій. Науковці вважають, що явище пов’язане з квантовою заплутаністю та допоможе зрозуміти перехід від квантової до класичної фізики. Результати відкривають новий шлях до дослідження того, як кварки формують протони, нейтрони та інші частинки, і стануть основою для майбутніх експериментів, зокрема на Іонному Колайдері.