Tim STAR u laboratoriji Brookhaven analizirao je milione proton–proton sudara u RHIC‑u i otkrio da lambda i antilambda koje nastaju blizu jedna druge imaju savršeno poravnane spinove. To ukazuje da čudni kvarkovi u tim česticama potiču iz upletenih virtuelnih parova kvantnog vakuuma. Efekat se gubi kada su čestice udaljenije, što sugeriše dekoherenciju usled interakcija s okolinom. Nalaz otvara nove puteve za proučavanje kako kvarkovi formiraju vidljivu materiju.
Kako se materija rađa iz „ništa“: otkriće tima STAR u RHIC‑u
Zhoudunming Tu, PhD, a physicist at Brookhaven National Laboratory, in front of the STAR experiment/detector.Credit:Kevin Coughlin/Brookhaven National Laboratory
Američki tim iz saradnje STAR u Laboratoriji Brookhaven National Laboratory (BNL) objavio je eksperimentalne dokaze koji povezuju prolaznu „prazninu“ kvantnog vakuuma sa nastankom stvarne, detektabilne materije. Nalazi su zasnovani na analizi miliona proton–proton sudara u Relativistic Heavy Ion Collideru (RHIC), prvom svetskom sudaraču teških jona.
Kako su došli do otkrića
Istraživači su se fokusirali na parove lambda hiperona i njihovih antimaterijskih pandana — antilambda čestica. Lambda je kratkotrajna čestica čiji se smer kvantnog spina može rekonstruisati prema pravcu u kojem se tokom raspada emituje proton; isto važi i za antilambdu kroz antiproton. Svaka lambda sadrži čudni (strange) kvark, a antilambda čudnog antikvarka, što omogućava praćenje porekla tih kvarkova.
U kvantnom vakuumu stalno nastaju i nestaju virtuelni kvark–antikvark parovi koji su upleteni i čije su spinske konfiguracije vezane. Tim je pokazao da, kada su lambda i antilambda proizvedeni blizu jedna druge u sudaru, njihovi spinovi su značajno korelisani — praktično savršeno poravnati, što ukazuje da potiču iz istog upletenog virtuelnog para u vakuumu.
Jan Vanek, PhD, a physicist at the University of New Hampshire, in front of the STAR experiment/detector.Credit:Kevin Coughlin/Brookhaven National Laboratory
"Ovaj rad nam pruža jedinstven prozor u kvantni vakuum koji može otvoriti novu eru u razumevanju kako se formira vidljiva materija i kako njena fundamentalna svojstva nastaju," rekao je Zhoudunming (Kong) Tu, PhD, fizičar iz STAR saradnje i kovođa studije.
Zašto je to važno
Rezultat predstavlja prvo direktno eksperimentalno svedočanstvo da spin‑poravnanje čudnih kvarkova može preživeti tranziciju iz virtuelnog stanja vakuuma u stvarne, merenje čestice. Efekat je jasno prisutan za parove koji nastaju blizu jedan drugog, dok se gubi za parove proizvedene na većim udaljenostima — što ukazuje na mehanizme dekoherencije usled interakcija sa okolnim poljem i drugim česticama.
To otvara nov način proučavanja kako kvarkovi postaju vezani u hadrone (protone, neutrone i druge) i doprinosi razumevanju prelaza od kvantnih upletenih stanja ka klasičnom svetu — pitanja koje ima implikacije i za kvantne tehnologije.
"Kao da ovi parovi počinju kao kvantni blizanci. Kada su generisani blizu jedan drugog, lambda zadržava spin‑poravnanje virtuelnih čudnih kvarkova iz kojih je nastala," objasnio je Jan Vanek, PhD, fizičar sa Univerziteta New Hampshire.
Autori takođe navode da se ova tehnika može proširiti na sudare koji uključuju atomska jezgra i na eksperimente na budućem Electron‑Ion Collideru (EIC). Studija je objavljena u časopisu Nature.
Pomozite nam da budemo bolji.
