Фізики STAR зафіксували зв'язок спінів гіперонів із квантовим вакуумом

Міжнародна група фізиків STAR Collaboration експериментально підтвердила рідкісний зв'язок між квантовими флуктуаціями вакууму та утворенням вимірюваної матерії. Це відкриття, опубліковане у журналі «Nature» на початку лютого 2026 року, пропонує новий погляд на походження видимого світу.

Дослідження проводилося на базі Релятивістського колайдера важких іонів (RHIC), ключової установи Міністерства енергетики США (DOE) у Брукхейвенській національній лабораторії (BNL). Науковці проаналізували мільйони зіткнень протонів із протонами, зосередившись на парах частинок — лямбда-гіперонах та їхніх антиматеріальних відповідниках, антилямбда-частинках. Орієнтацію квантового спіну цих короткоживучих частинок можна точно реконструювати за патернами їхнього розпаду.

Команда виявила, що коли лямбди та антилямбди народжуються надзвичайно близько одна до одної в зоні зіткнення, їхні спіни демонструють ідеальну колінеарність. Доктор Чжоудунмін (Конг) Ту, фізик STAR у Брукхейвені та співкерівник дослідження, зазначив, що ця робота надає унікальне вікно у квантовий вакуум, потенційно започатковуючи нову еру у розумінні формування видимої матерії. Це вважається першим прямим доказом того, що дивні кварки, які входять до складу цих гіперонів, походять з однієї нерозривної пари, народженої у вакуумі.

Згідно з теорією, квантовий вакуум насичений енергетичними полями, що генерують короткоживучі, квантово заплутані «віртуальні» пари частинка-античастинка. Зіткнення на RHIC, що досягають швидкостей, близьких до швидкості світла, забезпечують достатню енергію для перетворення деяких із цих віртуальних пар дивних кварків/антикварків у реальні, фіксовані частинки. Оскільки віртуальні пари кварк-антикварк завжди мають узгоджені спіни, виявлення такого ж узгодження у парах лямбда-антилямбда свідчить про успадкування цієї квантової кореляції від їхніх «батьків» у вакуумі. Фізик Ян Ванек з Університету Нью-Гемпшира, також співкерівник дослідження, пояснив, що це явище схоже на те, як «квантові близнюки» зберігають узгодження спіну своїх вихідних дивних кварків, коли вони генеруються поблизу.

Ця методологія пропонує новий інструмент для дослідження переходу від корельованої квантової поведінки до класичної фізики. RHIC, який працював з 2000 року, завершив свою експлуатаційну епоху 6 лютого 2026 року. Дослідники планують застосувати цю техніку до зіткнень важких іонів та майбутнього Електрон-Іонного Колайдера (EIC), який будується на базі інфраструктури RHIC у BNL та, як очікується, розпочне роботу на початку 2030-х років. Це відкриття зміцнює розуміння того, що вакуум є джерелом важливих складових для формування матерії, що нас оточує.