Karen McNulty Walsh, Peter Genzer, Brookhaven Milli Laboratoriyası

redaktə edən: Gaby Clark , rəy verən: Robert Egan

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

Kvant vakuumundakı enerji sahələrinin dinamik dalğalanmaları, spinlə uyğunlaşdırılmış kvark/antikvark cütlərinin qısa müddətli ortaya çıxması ilə əlaqələndirilir. Relyativistik Ağır İon Toqquşmasından (RHIC) məlumatları təhlil edən fiziklər göstəriblər ki, RHIC-in hissəcik toqquşmaları bu cür virtual hissəcikləri STAR kimi detektorlar tərəfindən aşkar edilə bilən real hissəciklərə çevirən əlavə enerji artımı təmin edə bilər. Kredit: Valerie A. Lentz/Brookhaven Milli Laboratoriyası

ABŞ Energetika Nazirliyinin (DOE) Brukhaven Milli Laboratoriyasının alimləri, enerjili subatomik parçalanmalardan yaranan maddə hissəciklərinin kvant vakuumunda yalnız qısa müddətdə mövcud olan virtual hissəciklərin əsas xüsusiyyətini saxladığına dair eksperimental sübutlar aşkar ediblər. Bu kəşf, bir vaxtlar boşluq hesab edilən vakuumun dünyamızı təşkil edən maddəyə virtual “heçlik”i çevirmək üçün lazım olan vacib maddələri necə təmin etdiyini araşdırmaq üçün yeni bir yol təqdim edir.

Tədqiqat, nüvə fizikası tədqiqatları üçün DOE Elm Ofisinin istifadəçi müəssisəsi olan Brookhaven-in Relyativistik Ağır İon Toqquşdurucusundakı (RHIC) STAR Əməkdaşlıq Təşkilatı tərəfindən aparılıb . Məqalədə RHIC-də proton-proton toqquşmasından yaranan müəyyən hissəcik cütləri arasında hissəcik spinlərində əhəmiyyətli bir korrelyasiyanın – maqnetizmlə əlaqəli daxili kvant xüsusiyyətinin – olduğu sübutlar təqdim olunur.

STAR alimlərinin təhlili bu korrelyasiyaları birbaşa kvant vakuumunda yaranan virtual kvark-antikvark cütlüklərinin spin uyğunlaşması ilə əlaqələndirir. Alimlərin sözlərinə görə, əslində, RHIC-in toqquşmaları həmin virtual hissəciklərə STAR tərəfindən aşkar edilən real hissəciklərə çevrilmək üçün lazım olan enerjili təkan verir.

Brookhaven-dəki STAR fiziki və tədqiqatın həmrəy rəhbəri Zhoudunminq (Kong) Tu bildirib ki, “Bu iş bizə kvant vakuumuna unikal bir pəncərə açır və bu, görünən maddənin necə əmələ gəldiyini və onun fundamental xüsusiyyətlərinin necə ortaya çıxdığını anlamağımızda yeni bir dövr aça bilər”.Oyna

00:00

00:01SəssizParametrlərPIPTam ekrana daxil olun

Dolaşıq vakuumdan görünən maddəyə

Əslində, fiziklərin təxminən 100 ildir bildiyi kimi, vakuum boş deyil. O, qısa müddətə dolaşıq hissəcik cütlərini və onların əkslərini, yəni antipartikulları yarada bilən dalğalanan enerji sahələri ilə doludur. Bu “virtual” və daxili əlaqəsi olan maddə-antimateriya cütlükləri çox qısa zaman kəsiyində mövcud olmağa və yox olmağa başlayır, lakin heç vaxt “real” sayılmaq üçün kifayət qədər qalmır. Lakin RHIC-in enerjili proton-proton toqquşmalarında bu cütlüklərin bəziləri aşkar edilə bilən hissəciklərin real komponentlərinə çevrilmək üçün kifayət qədər enerji qazanır.

Yeni tədqiqatda fiziklər sözdə lambda hiperonlarını və onların antimaddə analoqlarını, antilambdaları axtardılar. Onlar bu hissəciklərin RHIC-də toqquşmalardan sonra ortaya çıxdıqları zaman spinlərinin uyğun olub-olmadığını və nə qədər uyğunlaşdığını görmək istədilər.

Lambdalar spini öyrənmək üçün idealdır, çünki lambdanın spininin istiqaməti bu hissəciklərin parçalanması zamanı proton və ya antiprotonun əmələ gəlmə istiqamətindən müəyyən edilə bilər. Lambdaların hər birində həmçinin STAR fiziklərinin dediyinə görə, mənşəyini yenidən izləməyə imkan verən bir komponent var – sözdə qəribə kvark və ya antilambda halında qəribə antikvark. Vakuumda virtual hissəciklər kimi yaranan qəribə kvark/antikvark cütləri həmişə spin hizalanır, halbuki RHIC toqquşmalarında yaranan hissəciklərin əksəriyyətinin müəyyən bir spin istiqaməti yoxdur.

Əgər toqquşma nəticəsində birlikdə yayılan lambda və antilambda hissəciklərinin spinləri hizalanarsa, bu hissəciklərin vakuumda spin hizalanmış virtual qəribə kvark cütü ilə əlaqəsinin olduğuna dair güclü dəlil olardı.

Spin hizalanmaları axtarılır

“Normalda, RHIC toqquşmasında, çıxan hissəciklərin böyük əksəriyyətinin spinləri təsadüfi istiqamətdə olur. Spinlərinin korrelyasiya olunduğu lambda/antilambdaları tapmaq üçün bütün digər hissəciklərdən çox kiçik bir fərq axtarırıq”, – deyə Nyu-Hempşir Universitetinin fiziklərindən biri, Brookhaven-də postdoktoral tədqiqatçı olarkən məlumatların təhlilinə rəhbərlik edən Yan Vanek bildirib.

STAR komandası milyonlarla proton-proton toqquşması hadisəsindən əldə edilən məlumatları araşdıraraq, hər hansı bir qərəzliliyi və yalan siqnal mənbələrini diqqətlə aradan qaldırdı. Bu təhlil göstərdi ki, lambdalar və antilambdalar bir-birinə yaxın toqquşmadan ortaya çıxdıqda, onlar vakuumdakı virtual kvark/antikvark cütləri kimi 100% spin hizalanmışdır. Bu, iki ayrı lambda hissəciyindəki qəribə/antiqəribə kvarkların tək bir dolaşıq kvark/antikvark cütü kimi yarandığına dair güclü dəlil təqdim edir. Başqa sözlə, iki ayrı hissəcikdəki kvarklar lambda hissəcikləri əmələ gəlməzdən əvvəl kvant vakuumunda qurulan spin əlaqəsini saxlamışdır.

Vanekin qeyd etdiyi kimi, “Sanki bu hissəcik cütləri kvant əkizləri kimi başlayır. Onlar bir-birinə yaxın yaradıldıqda, lambdalar doğulduqları virtual qəribə kvarkların spin hizalanmasını saxlayır.”

Gündəlik məlumat üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosdakı ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz bülletenimizə abunə olun və vacib olan nailiyyətlər, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniliklərdən xəbərdar olun .

Kvant əlaqəsi

Tu dedi: “Bu hissəcikləri təşkil edən kvarkların vakuumdan gəldiyini birbaşa görə bildiyimiz ilk dəfədir; bu, kvant vakuum dalğalanmalarına birbaşa pəncərədir. Dolaşıq virtual kvarkların spin hizalanmasının real maddəyə çevrilmə prosesindən sağ çıxdığını görmək heyrətamizdir.”

Tədqiqatçılar deyirlər ki, bu kvant əlaqəsi yeni yaranan lambda/antilambda cütlüyü arasında daha dərin bir dolaşıqlığa işarə edə bilər və bu dolaşıqlıqda iki hissəciyin xüsusiyyətləri ayrıldıqda belə bir-biri ilə əlaqəli qalır. Lakin STAR fizikləri RHIC toqquşmalarında bir-birindən daha uzaqda ortaya çıxan lambda/antilambda cütlüklərinə baxdıqda, bu real hissəciklər artıq spinlə korrelyasiya olunmamışdı.

Vanek dedi: “Bir-birindən daha uzaqlara göndərilən bu əkizlər, ətraf mühitdəki digər şeylərdən – məsələn, digər kvarklarla qarşılıqlı təsirlərdən – daha çox təsirlənirlər ki, bu da onların fərqli davranmalarına və əlaqələrinin itirilməsinə səbəb olur. Bunun dolaşıq vəziyyətlərin qarışığı, yoxsa daha klassik korrelyasiyalı bir sistem olub olmadığını görmək üçün əlavə ölçmələrə ehtiyacımız var.”

Hər iki halda, kvant vakuumundakı dolaşıq kvarklar və RHIC-də aşkar edilən adi hissəciklər arasındakı əlaqə alimlərə maddənin kvant vəziyyətindən klassik vəziyyətinə keçidi araşdırmaq üçün bir yol verə bilər. Bu, kvant informasiya elmi və kvant əsaslı texnologiyalar üçün vacib bir tədqiqat sahəsidir.

Tu dedi: “Problem, əslində, bu kvantdan klassikə keçidi öyrənməyimizi tələb edən digər paralel texnologiya inkişaflarına təsir göstərə bilər, çünki günün sonunda fizika eynidir”.

Kütləvi və böyük sirrlərə bağlantılar

Kvarkların sərbəst hərəkət edən varlıqlardan proton, neytron və hiperon kimi bağlı hissəciklərə necə keçdiyini anlamaq nüvə fizikasının əsas problemlərindən biridir. Yeni yanaşma, kainatda kütlə və strukturun necə yarandığının əsasını təşkil edən əsas sualları araşdırmaq üçün bir yol açır.

Tu dedi: “Bizim təcrübəmizdə, virtual hissəcikləri vakuumdan real maddəyə çevirmək üçün lazım olan enerji RHIC toqquşmalarından gəlir. İndi bu mürəkkəb prosesi araşdırmaq üçün onu tərs mühəndisliklə işlədə bilərik.”

Məsələn, Tu izah etdi ki, lambda çürümələri ilə vakuumdakı qəribə kvark spinləri arasındakı əlaqə, maddənin atom nüvələrində necə əmələ gəldiyini öyrənmək üçün istifadə edilə bilər – bu sistem sadə protonlardan, neytronlardan və hətta hiperonlardan daha mürəkkəbdir.

“Kvant əkizləri kimi, biz də virtual kvark-antikvark cütlüklərini müxtəlif “mühitlər” və ya nüvə növləri vasitəsilə göndərə bilərik ki, onların necə “böyüdüklərini” görək və onların “böyüklər” həyatlarında necə əlaqələrinin təzahür etdiyini öyrənək”, – deyə o bildirib.

Bu yanaşma, RHIC-dəki nüvələrin toqquşmasına və gələcəkdə RHIC-dəki infrastrukturun böyük bir hissəsini təkrar istifadə etməklə Brookhaven-də inşa ediləcək nüvə fizikası tədqiqat müəssisəsi olan Elektron-İon Toqquşmasında (EIC) baş verən toqquşmalara da şamil edilə bilər. EIC, ən kiçik subatom komponentlərindən ulduzlara, planetlərə, qalaktikalara və hətta insanlara qədər vakuumla görünən kainatımızın kütləsi arasındakı əlaqəni araşdırmaq üçün daha kəskin vasitələr təqdim edəcəkdir.

Tu bildirib ki, daha geniş miqyasda bu tədqiqat alimlərin bəşəriyyətin ən böyük sirrlərindən biri olan “bir şeyin – kainatımızın görünən maddəsinin – vakuumun ‘yoxluğuna’ necə bağlandığı” haqqında anlayışını artırır.

Nəşr detalları

Janek Uin, QCD məhdudlaşdırılması zamanı kvarklar arasında spin korrelyasiyasının ölçülməsi, Nature (2026). DOI: 10.1038/s41586-025-09920-0 . www.nature.com/articles/s41586-025-09920-0

Jurnal məlumatı: Təbiət 

Əsas anlayışlar

Nüvə quruluşu və parçalanmalarıHissəcik fenomeniKvant korrelyasiyaları, təməlləri və formalizmKvant sahə nəzəriyyəsiRelyativistik ağır ion toqquşmalarıKvarklar

Brookhaven Milli Laboratoriyası tərəfindən təmin edilir