Кварки примерно в миллиард раз меньше атома и всегда соединены в пары или тройки внутри частиц, например, в протонах и нейтронах. Для того чтобы разорвать связь между парой кварков, требуется немало энергии. Но как только их удается растянуть, накопленная в их связи энергия может оказаться достаточной для создания новых заряженных частиц. Когда это происходит, струна рвется, создавая две или более пар частиц. Этот процесс требует столь большой энергии, что происходит лишь в экстремальных средах вроде Большого адронного коллайдера или во Вселенной после Большого взрыва.

В новом исследовании команда ученых наблюдала аналог динамики разрыва струны на квантовом симуляторе. Благодаря высокой степени управляемости квантовые симуляторы можно программировать для воссоздания реальных процессов, происходящих на атомных и даже субатомных квантовых масштабах. Исследователи закодировали модель разрыва струны в цепочку из 13 ионов в ловушке. С помощью точно управляемых лазерных лучей они настроили взаимодействия между ионами, которые эффективно контролируют энергию системы, имитируя растяжение и последующий разрыв струны. Так ученые смогли наблюдать возникновение зарядов и реконструировать динамику струны.

«Квантовые компьютерные симуляции дают лучшую платформу для исследования сложных вопросов вроде образования материи — если не считать возможности наблюдать сам Большой взрыв, — сказал Кристофер Монро из Университета Дьюка, руководивший исследованием. — Эти результаты знаменуют заметный сдвиг в области квантовой науки и открывают новые пути к пониманию динамики разрыва струн».

Для подтверждения точности экспериментальных результатов квантовых вычислений команда смоделировала процесс на классическом компьютере, говорится в пресс-релизе.

Исследование подтвердило выводы, к которым пришли два других независимых эксперимента по разрыву струн, котороые были проведены командами под руководством Google и QuEra Computing на других типах квантовых процессоров: на сверхпроводящих кубитах и на нейтральных атомах, соответственно. Каждая из этих платформ имеет свои преимущества и недостатки.

Физики-ядерщики из США обнаружили свидетельства существования двух неожиданных структур, помогают упорядочить этот «зоопарк» экзотических частиц. Возможно, они дадут новое представление о загадочном семействе объектов, известных как XYZ-состояния.