Fizičari na RHIC‑u direktno su pratili kako virtualni parovi iz kvantnog vakuuma postaju realne čestice, otkrivši da su spinovi lambda hiperona često paralelni. To ukazuje da su ti hiperoni nastali od uparenih "stranih" kvarkova koji su iskoristili energiju sudara da postanu stvarni. Merenje potvrđuje teoriju staru oko 30 godina i može pomoći u razumevanju kako vakuum doprinosi masi protona. RHIC se zatvara nakon 25 godina, a deo opreme biće iskorišćen za budući Electron‑Ion Collider.
RHIC Pratio Čestice Do Kvantnog Vakuuma — Direktni Dokaz Virtualnih Parova
An illustration depicts pairs of strange quarks arising out of nothing in the quantum vacuum.(Valerie A. Lentz/Brookhaven National Laboratory)
Kvantna fizika često prikazuje svet koji deluje paradoksalno: ispunjen nevidljivim vezama, nesigurnostima i česticama koje naizgled nastaju iz ničega. Istraživači sa Relativistic Heavy Ion Collidera (RHIC) u Brookhavenu sada su, po prvi put, direktno pratili evoluciju takvih virtualnih parova — čestica koje su u vakuumu nastale i potom postale stvarne zahvaljujući energiji sudara.
Kako su to izmerili?
U radu objavljenom u Nature, tim koji je koristio detektor STAR opisuje da su u sudarima pronašli parove lambda hiperona (Λ) čiji su spini bili snažno korelisani i često paralelni. Lambda hiperoni nastaju kada se novi "strani" (strange) kvark brzo upari sa drugim kvarkovima; oni žive oko 10-10 sekundi i raspadaju se u čestice koje STAR može direktno detektovati. Analizom pravca momentuma raspadnih produkata naučnici izvode spinove originalnih lambda hiperona — a ti spinovi ukazuju da su parovi potekli iz uparenih stranih kvarkova iz vakuuma.
Šta to znači?
Po Kvantnoj teoriji polje vakuuma nije prazno, već ispunjeno fluktuacijama i kratkotrajnim virtualnim parovima. Heisenbergov princip omogućava privremenu "pozajmicu" energije iz vakuuma, stvarajući parove čestica i antičestica. U RHIC‑u, ogromna energija sudara omogućava takvim parovima da postanu realni — umesto da odmah anihiliraju — i tako da se njihova kvantna veza zabeleži u detektoru.
Dmitri Kharzeev: "Vakuum u kvantnoj teoriji nije prazan prostor — to je polje puno virtualnih čestica."
Zašto je otkriće važno?
Rezultat potvrđuje tridesetogodišnje teorijsko predviđanje da se strani kvarkovi iz vakuuma pojavljuju u parovima sa paralelnim spinom. To otvara novu experimentalnu perspektivu na dugogodišnje pitanje: kako interakcije sa vakuumom doprinose masi protona — jer samo mali deo protonove mase pripada direktno trima sadašnjim kvarkovima, dok ostatak nastaje iz interakcija sa virtualnim kvarkovima i poljima.
Otkriće je takođe značajno za sam RHIC: collider se privodi kraju nakon rekordnih 25 godina rada, a delovi opreme biće preusmereni na nadolazeći Electron‑Ion Collider koji se planira sredinom 2030‑ih.
Ključni akteri
Studiju potpisuju istraživači iz Brookhavena i saradnici, među kojima su Dmitri Kharzeev, Zhoudunming (Kong) Tu i Jan Vanek. Merenja su izvedena pomoću STAR detektora i analiza ukazuje na direktno praćenje puta od virtualnog para do stvarnih čestica.
Pomozite nam da budemo bolji.
