Физики зафиксировали превращение виртуальных частиц из вакуума в реальную материю

Исследовательская группа Брукхейвенской национальной лаборатории под руководством физика Чжудунмина Ту зафиксировала экспериментальное подтверждение существования виртуальных кварков и антикварков, возникающих из флуктуаций вакуума. Результаты работы опубликованы в журнале Nature.

Используя релятивистский коллайдер тяжёлых ионов RHIC, учёные столкивали протоны на скоростях, близких к скорости света. При столкновениях высвобождалась энергия, достаточная для преобразования виртуальных частиц в реальные, поддающиеся обнаружению объекты. В экспериментах образовывались пары странных кварков и антикварков, которые сливались в более крупные частицы, называемые лямбда-гиперонами.

Команда подтвердила квантовую запутанность этих пар, проанализировав ориентацию их спинов через детектор STAR. Кварк и антикварк из каждой пары продолжали вращаться в одном направлении, что указывало на их общее происхождение из вакуумных флуктуаций. Спиновая коррелированность сохранялась и после превращения виртуальных частиц в реальные адроны.

Согласно квантовой механике и принципу неопределённости Гейзенберга, пары частиц могут на мгновение возникать из вакуума и исчезать, вызывая кратковременные колебания энергии. Квантовый вакуум содержит конденсат таких виртуальных пар, составляя богатую и сложную структуру пространства.

Полученные результаты открывают новый путь для изучения механизмов, определяющих массу протонов. Известно, что сами кварки весят немного и составляют лишь малый процент от общей массы протона. Основная масса формируется внутри протона при взаимодействии кварков. Исследования виртуальных частиц могут объяснить, каким образом возникает эта недостающая масса и как функционирует кварковый конфайнмент.