Dovezi rare obținute de fizicieni din SUA dezvăluie că materia apare din „nimic” în vidul cuantic

Materia apare din „nimic” în vidul cuantic. Fizicieni din SUA au făcut lumină asupra unui mister vechi de mult timp, după ce au obținut dovezi experimentale rare care leagă „nimicul” virtual și efemer al lumii cuantice de formarea materiei reale, detectabile.

Descoperirea că materia apare din „nimic” în vidul cuantic a fost realizată de colaborarea STAR de la Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC), aflat la Brookhaven National Laboratory (BNL), parte a Departamentului Energiei al SUA. RHIC este primul accelerator de ioni grei din lume.

• A fost descoperită o gaură neagră care emite mai multă energie decât Steaua Morții
• La ce vârstă atingem cea mai bună formă fizică?

Pentru acest studiu, cercetătorii de la BNL au analizat milioane de coliziuni proton-proton, concentrându-se în special pe perechi de particule numite hiperoni lambda și pe omologii lor din antimaterie, antilambda.

Aceste particule cu viață foarte scurtă sunt extrem de utile, deoarece orientarea spinului lor cuantic, o proprietate esențială legată de magnetism, poate fi reconstruită din modul în care se dezintegrează. Echipa a constatat că atunci când lambdele și antilambdele sunt produse foarte aproape una de cealaltă într-o coliziune, spinurile lor sunt perfect aliniate.

„Această cercetare ne oferă o fereastră unică către vidul cuantic, care ar putea deschide o nouă eră în înțelegerea modului în care se formează materia vizibilă și cum apar proprietățile sale fundamentale”, a declarat dr. Zhoudunming (Kong) Tu, cercetător STAR la Brookhaven și co-lider al studiului.

Fizicienii au văzut cum materia apare din „nimic” în vidul cuantic

Vidul nu este gol. Dimpotrivă, el este plin de câmpuri de energie fluctuante care pot crea perechi de particule-antiparticule aflate în stare de inseparabilitate cuantică. Aceste particule „virtuale”, legate între ele în mod fundamental, dispar înainte de a putea fi observate ca entități reale.

Însă atunci când protonii se ciocnesc la viteze apropiate de cea a luminii în interiorul RHIC, energia rezultată este suficientă pentru a transforma unele dintre aceste perechi virtuale de quarcuri și antiquarcuri în particule reale, detectabile de aparatul colaborării STAR.

Cercetătorii au urmărit hiperoni lambda și antilambda pentru a stabili dacă și în ce măsură spinurile lor sunt aliniate la ieșirea din coliziuni. Lambdele sunt ideale pentru astfel de studii deoarece direcția spinului poate fi dedusă din direcția în care este emis un proton sau un antiproton în timpul dezintegrării. În plus, fiecare lambda conține un quarc straniu, sau un antiquarc straniu în cazul antilambda, ceea ce le permite fizicienilor să-i urmărească originea.

„Gemenii” cuantici

Perechile virtuale quarc straniu-antiquarc straniu au întotdeauna spinurile aliniate. Detectarea aceleiași alinieri la perechile lambda-antilambda sugerează puternic că quarcurile stranii din interiorul lor provin dintr-o singură pereche inseparabilă din vid.

„În mod normal, într-o coliziune RHIC, spinurile marii majorități a particulelor rezultate sunt orientate aleator. Căutăm o diferență extrem de mică față de toate celelalte particule, pentru a identifica lambda și antilambda ale căror spinuri sunt corelate”, a explicat Jan Vanek, doctor în fizică la University of New Hampshire. Analiza a arătat că lambdele și antilambdele produse foarte aproape una de cealaltă sunt perfect aliniate din punct de vedere al spinului, la fel ca perechile virtuale quarc-antiquarc din vid.

„Este ca și cum aceste perechi de particule ar porni ca niște gemeni cuantici. Atunci când sunt generate aproape una de cealaltă, lambdele păstrează alinierea spinului quarcurilor stranii virtuale din care s-au născut”, a spus Vanek.

Descoperirea că materia apare din „nimic” în vidul cuantic, importantă în tehnologiile informaționale

Tu a subliniat că acesta este primul indiciu direct că aceste quarcuri provin din vidul cuantic. „Este uimitor să vezi că alinierea spinului unor quarcuri virtuale aflate în inseparabilitate cuantică îi supraviețuiește procesului de transformare în materie reală”, a declarat el.

Echipa consideră că acest efect ar putea indica o inseparabilitate cuantică mai profundă între perechile lambda-antilambda. Interesant este că fenomenul dispare atunci când particulele sunt produse la distanțe mai mari una de cealaltă în coliziunile RHIC. „Este posibil ca acești ‘gemeni’, odată separați, să fie mai influențați de mediul din jur, de interacțiunile cu alte quarcuri, de exemplu, ceea ce îi face să se comporte diferit și să-și piardă legătura”, a spus Vanek, citat de Interesting Engineering.

Potrivit cercetătorilor, tranziția de la comportamentul cuantic corelat la fizica clasică obișnuită este una dintre cele mai importante întrebări deschise ale științei, cu implicații majore pentru calculul cuantic și tehnologiile informaționale. Rezultatele oferă o metodă nouă de a investiga modul în care quarcurile se leagă pentru a forma protoni, neutroni și alte particule.

Tehnica ar putea fi extinsă și la coliziuni care implică nuclee atomice, precum și la experimentele viitorului Electron-Ion Collider. Studiul a fost publicat în revista Nature.

Vă recomandăm să citiți și:

Ce au descoperit astronomii despre liniile strălucitoare de pe Mercur?

O firmă din SUA a început să preia rezervări pentru un hotel pe Lună

Primul robot astronaut din lume: O companie chineză vrea să trimită un umanoid în spațiu

Ce ar putea ascunde un „nor metalic” gigantic dintr-un sistem stelar apropiat?