|
Ученые создали что-то из ничего. Буквально
|
|
|
|
Если бы не было никаких планет, звезд, комет, астероидов или другого космического мусора, летающего вокруг, был бы просто космический вакуум, бесконечное пространство из ничего. Или, по крайней мере, было бы логично думать, что пространство абсолютно пусто в отсутствие материи — но что, если даже пустота не так пуста, как кажется?
|
|
|
|
Добро пожаловать в квантовый вакуум. То, что кажется абсолютной пустотой, на самом деле заполнено причудливыми субатомными частицами, которые ускользают от наблюдения. Это виртуальные частицы, а не реальные частицы материи, а возмущения в вакууме, вызванные присутствием других частиц. Они материализуются из ниоткуда и настолько эфемерны, что исчезают за крошечные доли секунды. Поскольку виртуальные частицы невозможно наблюдать непосредственно, единственный способ обнаружить их - это через их взаимодействия с другими частицами, которые влияют на измеримые свойства, такие как масса частицы и силы, которыми обмениваются две частицы. Виртуальные частицы важны для ученых, поскольку они дают представление о фундаментальных силах Вселенной: сильном и слабом ядерном взаимодействии и электромагнетизме.
|
|
|
|
Эти странные частицы на самом деле не являются частицами, и их невозможно наблюдать непосредственно - парадокс, коренящийся в квантовой механике. Соотношение неопределенности энергии и времени, вытекающее из знаменитого принципа неопределенности Вернера Гейзенберга, допускает кратковременные колебания энергии, а это означает, что пары частица-античастица могут ненадолго возникнуть из вакуума, прежде чем снова исчезнуть. Используя релятивистский коллайдер тяжелых ионов (RHIC) в Брукхейвенской национальной лаборатории на Лонг—Айленде, исследовательская группа во главе с физиком Чжоудунмингом Ту обнаружила доказательства существования таких виртуальных кварков и антикварков — строительных блоков протонов и нейтронов - путем анализа ориентации спинов частиц, который выявил признаки, согласующиеся с их происхождением в вакуумных флуктуациях.
|
|
|
|
|
|
|
“В настоящее время считается, что вакуум обладает богатой и сложной структурой, характеризующейся флуктуирующими энергетическими полями и конденсатом виртуальных пар кварк-антикварк”, - сказал Ту в исследовании, недавно опубликованном в Nature. “Высокоэнергетические протон–протонные столкновения могут высвободить из вакуума виртуальные пары кварк–антикварк, которые впоследствии... образуют адроны”.
|
|
|
|
Используя RHIC, команда Ту столкнула протоны друг с другом со скоростью, близкой к скорости света, высвобождая при этом огромное количество энергии. Эта энергия поглощалась виртуальными парами кварк-антикварк — мимолетными флуктуациями, которые обычно появляются и исчезают незамеченными в вакууме, — превращая их в реальные, обнаруживаемые частицы. В частности, в результате столкновений образовались пары так называемых странных кварков и странных антикварков, которые имеют одинаковую массу, но несут противоположные заряды. Поскольку каждая пара возникла в результате одной вакуумной флуктуации, кварк и антикварк оказались квантово запутанными, что означает, что их свойства оставались коррелированными независимо от того, как далеко они удалялись друг от друга. Команда ученых подтвердила эту запутанность с помощью детектора RHIC Solenoidal Tracker (STAR), который показал, что кварки и антикварки в каждой паре последовательно вращаются в одном направлении — явный признак того, что их общее происхождение в вакууме связывало их на квантовом уровне.
|
|
|
|
Кварки, как известно, нестабильны. Сами по себе они не могут существовать долго, поэтому объединяются с другими частицами, образуя лямбда-гипероны, электрически нейтральные субатомные частицы, состоящие из трех кварков, один из которых должен быть странным. Спин этих гиперонов определяется спином странного кварка. Лямбда-гипероны также нестабильны и начинают распадаться через одну десятимиллиардную долю секунды, но их преимущество в том, что они распадаются на частицы, видимые для ЗВЕЗДЫ. То, как вращаются эти частицы, является прямым отражением спина лямбда-гиперона, из которого они произошли (и, следовательно, спина странного кварка гиперона). В эксперименте Ту кварки и соответствующие им антикварки из вакуума продолжали вращаться параллельно друг другу, как это было до образования гиперона.
|
|
|
|
Проследив за парами кварков и антикварков от их зарождения в качестве виртуальных частиц до их превращения в реальные частицы, возможно, удастся, наконец, выяснить, откуда протоны получают большую часть своей массы, поскольку кварки настолько легкие, что составляют лишь небольшой процент. Считается, что основная масса протона создается за счет процессов, происходящих внутри протона. Будущие исследования, включающие виртуальные частицы, возможно, наконец-то смогут приоткрыть завесу тайны над этим таинственным образованием массы.
|
|
|
|
“[Мы обнаружили связь между] виртуальными парами кварков, коррелированных по спину, из [вакуума] и их адронными аналогами в конечном состоянии”, - сказал Ту. “Наши результаты предоставляют новую экспериментальную модель для изучения динамики и взаимодействия удержания и запутанности кварков”.
|
|
|
|
Полученные данные свидетельствуют о том, что самые фундаментальные строительные блоки Вселенной, возможно, обязаны своим весом не самим частицам, а бурлящему вакууму, из которого они возникают. Оказывается, “ничто” может быть самым важным из того, что существует.
|
|
|
|
Источник
|
