В квантовой физике вакуум — это не абсолютная пустота. Он наполнен невидимыми флуктуациями. Это так называемые виртуальные частицы, которые появляются из ниоткуда и тут же исчезают. Их невозможно наблюдать напрямую, только по косвенным эффектам. Исследователи из Брукхейвенской национальной лаборатории (Нью-Йорк, США) под руководством физика Чжоудуньмина Ту нашли способ буквально «материализовать» эти флуктуации.

Изображение: Flux ai

Учёные разогнали протоны почти до скорости света и столкнули их в коллайдере RHIC. Выделившейся энергии хватило, чтобы виртуальные пары «кварк-антикварк» перешли в реальное состояние. В эксперименте рождались так называемые странные кварки (s-кварки) и антикварки. Поскольку каждая пара возникала из одной флуктуации вакуума, её частицы оставались квантово-запутанными — их свойства оставались связанными, даже когда они разлетались в разные стороны. Детектор STAR зафиксировал, что вращения кварков и антикварков в каждой паре были одинаково направлены. Это прямое доказательство их общего происхождения из вакуума.

Кварки недолговечны. Они быстро объединяются в другие частицы — лямбда-гипероны, которые тоже распадаются, но уже на частицы, доступные детектору. Направление вращения этих конечных частиц точно отражало вращения исходных кварков. Так учёные проследили весь путь: от виртуальной флуктуации в пустоте до реальных частиц, которые можно измерить.

Результаты важны не только как демонстрация эффекта. Кварки слишком легки, чтобы объяснить массу протонов. Считается, что основная масса возникает за счет процессов внутри самих протонов. Новая методика позволяет заглянуть в эту чёрную коробку и, возможно, наконец понять, откуда берется масса обычной материи.