Уникальные исследования показывают связь между спинами частиц и квантовыми флуктуациями

Недавние исследования, проведенные группой ученых в США, предоставили экспериментальные данные о том, как частицы материи, образующиеся вследствие столкновений протонов на мощном ускорителе, сохраняют квантовые характеристики виртуальных частиц. Это открытие было отражено в статье, опубликованной в журнале Nature.


Международная команда STAR, работающая на релятивистском коллайдере тяжелых ионов RHIC, сделала важные выводы о корреляции спинов — свойстве, которое связано с магнитными характеристиками пар частиц, возникающих при столкновениях протонов. Они подтвердили, что эта корреляция связана с виртуальными парами кварк-антикварк, которые появляются и исчезают в квантовом вакууме.

Согласно современным представлениям, вакуум не следует воспринимать как пустое пространство; это состояние наполнено флуктуациями энергии. В таких условиях временно формируются пары частиц и античастиц, которые в обычных условиях не могут стать реальностью. Однако в процессе высокоэнергетических столкновений на RHIC они могут получать достаточно энергии для существования.

Исследователи сосредоточили внимание на лямбда-гиперонах и их антиподах — антилямбда-частицах, так как их спин можно определить через конечные продукты распада. Эти частицы включают странный кварк или антикварк, и, согласно теории, такие пары имеют единообразную ориентацию спинов в вакууме.

Физик Ян Ванек, руководивший этим проектом, отметил, что в столкновениях спины большинства частиц расположены произвольно, и их задача заключалась в поиске маленьких отклонений от этого порядка, а именно - пар лямбда и антилямбда с связанными спинами.

Анализ миллионов столкновений показал, что если лямбда и антилямбда рождаются близко друг к другу, их спины оказываются идеально согласованными — аналогично тому, как это происходит с виртуальными кварковыми парами. Это открытие указывает на то, что частицы "помнят" об их общем квантовом происхождении.

Ванек сравнил эти частицы с квантовыми близнецами, которые, став частями одного целого, сохраняют связь спинов, пока находятся рядом друг с другом. Однако по мере их рассеивания, эта корреляция ослабевает, вероятно, под воздействием окружающей среды. Это исследование предоставляет редкую возможность понять переход от квантовых явлений к классическим.

Авторы работы надеются, что эти результаты помогут пролить свет на один из важнейших вопросов в физике — как из квантовой "пустоты" возникают масса и структура物 веществ, формирующих атомы, планеты и, в конечном счете, человеческое существо. В предыдущих исследованиях физики также добились значительных успехов, значительно снизив уровень трения между поверхностями.

Читайте также: