Nature: ученые-физики впервые смогли зафиксировать рождение материи из вакуума

Американские исследователи провели эксперимент, подтверждающий гипотезу о сохранении квантовых характеристик виртуальных частиц в материи, созданной при столкновении протонов. Результаты опубликованы в престижном научном журнале Nature.

Работа выполнена международной коллаборацией STAR на релятивистском коллайдере тяжёлых ионов RHIC. Там были обнаружены необычные корреляции спинов у пар частиц, возникающих при протон-протонных столкновениях. Анализ данных показал, что эти корреляции связаны с виртуальными парами кварков и антикварков, постоянно возникающими и исчезающими в квантовом вакууме.

Квантовый вакуум — это не пустое пространство, а область, где флуктуируют энергетические поля, создавая пары частиц и античастиц. В нормальных условиях такие виртуальные частицы нестабильны, но при высоких энергиях, достигаемых на RHIC, они могут проявлять реальные свойства.

Учёные сосредоточились на анализе лямбда-гиперонов и антилямбда-частиц. Эти частицы удобны для исследования, так как направление их спина можно определить по продуктам распада. В них присутствуют странные кварки или антикварки, спины которых всегда совпадают в вакууме.

В обычных условиях спины большинства частиц ориентированы хаотично. Исследователи искали отклонения от этого случайного распределения, анализируя пары лямбда и антилямбда с согласованными спинами.

После анализа миллионов столкновений учёные выяснили, что если лямбда и антилямбда возникают рядом, их спины полностью согласованы, что соответствует свойствам виртуальных кварк-антикварковых пар. Это указывает на сохранение квантовой памяти частиц.

Однако при большом расстоянии между частицами корреляция спинов исчезает из-за взаимодействия с окружающей средой. Этот феномен даёт уникальную возможность изучить переход от квантового мира к классическому.

Эксперты надеются, что разработанный метод поможет глубже понять механизмы формирования массы и структуры вещества, включая атомы, планеты и живые организмы, из квантовой «пустоты».