Эксперимент показал, как материя рождается из квантового вакуума
Физики экспериментально доказали, что частицы вещества при рождении сохраняют квантовую запутанность виртуальных предшественников. Пары лямбда-гиперонов и антилямбд появлялись на свет с синхронизированными спинами, которые они унаследовали от энергетических флуктуаций пустоты. Закономерность объяснила, как материя переходит из скрытого квантового состояния в физический мир, раскрыв еще один ключ к природе возникновения массы.
Квантовая физика уже более 100 лет утверждает, что вакуум не бывает абсолютно пустым. Пространство заполнено энергетическими полями, которые непрерывно создают пары частиц и их антиподов. Эти объекты называют виртуальными, поскольку они существуют доли секунды и сразу исчезают. В обычном состоянии такие «призрачные» пары не успевают стать частью реального мира и остаются недоступными для наблюдения.
Однако при колоссальных выбросах энергии виртуальные частицы могут получить шанс на материальное существование. В такой момент невидимые флуктуации превращаются в регистрируемые объекты. Этот процесс превращения энергии в материю лежит в основе устройства Вселенной.
Долгое время физики не понимали, сохраняют ли новые частицы свойства невидимых родителей или формируются заново без какой-либо связи с прошлым. Ответ на этот вопрос нашли при анализе данных экспериментов. Результаты работы выпустили в журнале Nature.
Исследование провела коллаборация STAR на Релятивистском коллайдере тяжелых ионов (RHIC) в Брукхейвенской национальной лаборатории. Специалисты сталкивали протоны на околосветовых скоростях, чтобы создать условия для выхода материи из вакуума. В образовавшемся хаосе они искали конкретные элементарные частицы — лямбда-гипероны и их антивещественных двойников.
Выбор пал на эти частицы из-за их строения. Лямбда-гипероны содержат так называемые странные кварки. В вакууме виртуальные пары странных кварков и антикварков всегда имеют согласованные спины. Если реальные частицы рождаются напрямую из этих виртуальных пар, их спины тоже должны сохранять изначальное свойство. При этом направление спина лямбда-гиперона легко определить по траектории продуктов его распада.
Команда проанализировала миллионы столкновений и отсеяла лишнее. Анализ показал, что при рождении лямбда-гиперона и антилямбды на близком расстоянии их спины синхронизированы на 100%. Значит, кварки внутри двух разных частиц сохранили связь, возникшую в состоянии вакуумной пустоты. Фактически эксперимент позволил напрямую увидеть «наследственность» материи, переходящей из квантового мира в классический.
Ситуация менялась, когда частицы разлетались на большие расстояния. В таких случаях корреляция исчезала, и вращение становилось хаотичным. На большом удалении частицы успевали провзаимодействовать с окружением и теряли изначальную связь. Однако на малых дистанциях измерения четко показали: реальные частицы ведут себя как связанные «квантовые близнецы», рожденные из одной виртуальной пары.
Результаты подтвердили фундаментальную связь между характеристиками квантового вакуума и свойствами обычной материи. Физики получили новый инструмент для изучения механизма возникновения массы. Сами по себе кварки почти невесомы, однако состоящие из них протоны и нейтроны обладают значительной тяжестью. Основная часть их массы рождается именно в момент перехода из вакуумного состояния в реальное за счет энергии сильного взаимодействия.
Теперь ученые могут использовать обнаруженную спиновую связь для «обратной инженерии» этого процесса. Детальный разбор того, как «призрачные» пары превращаются в осязаемые кирпичики мироздания, поможет объяснить эволюцию Вселенной от субатомных масштабов до уровня звезд и галактик.
Telegram 
Дзен 
VK Канадские исследователи идентифицировали останки четырех членов пропавшей полярной экспедиции Джона Франклина 1845 года, сравнив их ДНК с генетическим материалом современных потомков. Открытие решило полуторавековую загадку с переодетым матросом и помогло восстановить маршрут отступления экипажа по льдам. Выяснилось, что при эвакуации моряки разделились по кораблям, после чего бросили ослабевших товарищей в спасательных шлюпках.
Во времена Екатерины II один из немецких колонистов в России мутировал, из-за чего все его потомки получали раннюю болезнь Альцгеймера. Теперь среди них появился первый, кого она не тронула, — по мнению ученых, благодаря жаре, которой он должен был подвергаться на работе.
Формирование и эволюция звездных систем кажутся понятными и предсказуемыми, а их строение строго подчиняется законам физики. Строение «крылатых» радиогалактик выбивается из общих правил. Их необычная форма не имеет однозначного объяснения и остается предметом споров для астрофизиков.
Канадские исследователи идентифицировали останки четырех членов пропавшей полярной экспедиции Джона Франклина 1845 года, сравнив их ДНК с генетическим материалом современных потомков. Открытие решило полуторавековую загадку с переодетым матросом и помогло восстановить маршрут отступления экипажа по льдам. Выяснилось, что при эвакуации моряки разделились по кораблям, после чего бросили ослабевших товарищей в спасательных шлюпках.
Генетика интеллекта сложна и связана с разными психоневрологическими состояниями. Оказалось, то, что повышает эрудицию, может ухудшать способность решать творческие задачи, — и наоборот. Причем паттерны этих связей уникальны для каждого диагноза.
Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Окаменелые остатки рептилии возрастом 289 миллионов лет сохранили полное анатомическое устройство грудной клетки ранних покорителей суши. Благодаря нетронутым хрящам исследователи реконструировали механику первого полноценного реберного дыхания. Наличие в тканях оригинальных белков подтвердило, что сложные органические молекулы способны сохраняться в палеонтологической летописи почти на 100 миллионов лет дольше, чем считалось.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии