Фраза «з нічого нічого не виникає» звучить логічно — але сучасна фізика вже давно підозрювала, що це не зовсім так. І тепер вчені отримали перші прямі докази: частинки справді можуть з’являтися буквально з «порожнього» простору.
Дослідники з міжнародної колаборації STAR провели експерименти на колайдері Relativistic Heavy Ion Collider у Brookhaven National Laboratory. Під час зіткнень протонів вони зафіксували утворення рідкісних пар кварк–антикварк, які виникли не з самих частинок, що зіштовхувалися, а безпосередньо з вакууму.
Порожнеча, яка не є порожньою
У класичній фізиці вакуум — це абсолютна пустота. Але згідно з Квантова хромодинаміка, навіть у «порожньому» просторі постійно виникають і зникають так звані віртуальні частинки.
Зазвичай вони існують лише мить. Але якщо надати достатньо енергії — наприклад, під час зіткнення протонів — ці частинки можуть «стати реальними» і перетворитися на повноцінну матерію. Саме це і вдалося зафіксувати в новому експерименті.
Як вчені це довели
Кварки не можуть існувати окремо, тому щойно вони виникають, одразу об’єднуються в складніші частинки — так звані гіперони.
Ключ до відкриття — властивість, яку називають спіном. У частинок, що виникли з вакууму, спіни були пов’язані між собою ще в момент їх появи. І ця «мітка» збереглася навіть після того, як частинки розпалися.
Саме завдяки цьому вчені змогли простежити їх походження і зрозуміти: ці частинки не є уламками зіткнення, а народилися з вакууму.
«Це перший раз, коли ми спостерігаємо весь процес», – пояснив Чжоудунмін Ю, член колаборації STAR, в інтерв’ю New Scientist.
Чому це важливо
Це відкриття допомагає відповісти на одне з найскладніших питань сучасної науки — звідки береться маса частинок. Згідно з теорією, значна частина маси виникає саме завдяки взаємодії з квантовим вакуумом. Але досі це було лише теоретичним припущенням.
Тепер у вчених з’явився реальний експериментальний доказ того, що вакуум — це не «ніщо», а активне середовище, яке може породжувати матерію.
Що далі
Поки що результати потребують додаткової перевірки. Дослідники планують нові експерименти, щоб виключити альтернативні пояснення і уточнити механізм цього явища.
Але вже зараз зрозуміло: ми стали на крок ближче до розуміння фундаментальних законів Всесвіту. І, можливо, головний висновок звучить просто, але вражаюче: порожнеча — це зовсім не порожнеча.