Физики из Брукхейвенской национальной лаборатории в Нью-Йорке совершили прорыв в понимании природы реальности: им удалось превратить квантовые флуктуации вакуума в осязаемые частицы материи. В ходе эксперимента на релятивистском коллайдере тяжелых ионов (RHIC) ученые буквально материализовали виртуальные пары кварков, попутно подтвердив их квантовую запутанность.
Как извлечь материю из пустоты
Согласно законам микромира, вакуум — это не абсолютная пустота, а бурлящий океан виртуальных частиц, которые мгновенно рождаются и исчезают, оставаясь невидимыми для приборов. Группа американских исследователей нашла способ «вытянуть» их в реальный мир. Разогнав протоны почти до скорости света, физики использовали колоссальную энергию столкновений, чтобы перевести эти мимолетные флуктуации в стабильное состояние. В результате из пустоты возникли пары странных кварков и антикварков — фундаментальных кирпичиков мироздания.
Доказательство общего происхождения
Чтобы подтвердить, что частицы родились именно из единой флуктуации вакуума, ученые проанализировали их «родственные связи» на квантовом уровне. Специальный детектор зафиксировал, что направления вращения (спины) образовавшихся кварков и антикварков были идентичны. Такая квантовая запутанность возможна только в том случае, если частицы неразрывно связаны с момента появления. Поскольку сами кварки живут мгновения, они быстро трансформировались в лямбда-гипероны, а те — в более стабильные частицы, которые и зафиксировала аппаратура. Изучив параметры этих конечных продуктов, физики восстановили всю цепочку превращения виртуальной энергии в измеримую материю.
Загадка массы протона
Эта методика дает науке мощный инструмент для изучения структуры протона. Давно известно, что масса составляющих его кварков слишком мала, чтобы объяснить реальный вес самого протона. Ученые полагают, что основной вес материи формируется за счет сложнейших внутренних процессов и энергии связей. Новая технология материализации виртуальных частиц позволяет детально рассмотреть эту скрытую динамику и вплотную приблизиться к разгадке того, как из пустоты и энергии рождается привычный нам физический мир.
