Команда ученых из Брукхейвенской национальной лаборатории Министерства энергетики США проанализировала миллионы событий столкновения протонов, в частности, пары частиц — лямбда- и антилямбда-гиперонов, содержащих странные кварки. Согласно квантовой теории, в вакууме постоянно «бурлят» виртуальными пары кварк-антикварк, которые на мгновение возникают и так же быстро исчезают. Эти виртуальные пары всегда имеют согласованную спиновую ориентацию.
Мало того, что лямбда-частицы идеально подходят для изучения спина, каждая лямбда-частица имеет компонент, который позволяет проследить ее происхождение — так называемый странный кварк, или странный антикварк в случае антилямбда-частицы. Если спины возникших после столкновений частиц лямбда и антилямбда выровнены, это доказывает связь этих частиц с выровненной по спину парой виртуальных странных кварков в вакууме.
Наблюдая при помощи детектор STAR рождение лямбда- и антилямбда-частиц вблизи друг друга, ученые установили, что спины частиц действительно согласованы на 100%, что соответствует сигнатуре виртуальных частиц вакуума. Измерение показало относительный сигнал поляризации в 18% с погрешностью 4%. Таким образом, высокоэнергетические столкновения дали необходимый импульс для превращения запутанных виртуальных пар странных кварков в реальные частицы, которые способен обнаружить детектор, говорится в пресс-релизе.
«Эта работа открывает уникальную возможность заглянуть в квантовый вакуум, что может положить начало новой эре в нашем понимании того, как формируется видимая материя и как проявляются ее фундаментальные свойства», — сказал Чжоудунмин Ту, один из руководителей исследования.
Открытие имеет важное значение для понимания происхождения массы протона. Известно, что кварки внутри протона составляют лишь около 1% его общей массы, а остальные 99% возникают из-за сложной динамики квантового хромодинамического вакуума. Новый экспериментальный подход может помочь ученым исследовать, как вещество приобретает массу за счет взаимодействий с вакуумом.
Кварк-глюонная плазма наполняла Вселенную долю секунды после Большого взрыва. Прежде физики полагали, что столкновение больших ионов с небольшими не может привести к появлению этого вещества, являющегося строительным материалом для протонов и электронов. Новый анализ данных, собранных в ходе эксперимента PHENIX, доказал обратное.
