TLDN: Pokus na urychlovači ukázal, že některé částice vzniklé při srážkách si zachovávají vlastnosti virtuálních kvark-antikvarkových párů z kvantového vakua. Takhle vzniká „z ničeho“ hmota! Oznámení tuna.

Schrödingerova kočka, provázání, dvouštěrbinový experiment – kvantovka skýtá mnoho zajímavých srandiček k úvahám o podstatě našeho světa. Kdybych ale měl vybrat jednu věc, ze které mi samovolně odpadává příčesek, tak jsou to virtuální částice…

To jsou krátkodobé, dočasné výkyvy energie, které se krátce objeví a pak zase zmizí v kvantovém poli. Nejde jen o hypotetický nápad – virtuální částice jsou běžnou součástí výpočtů kvantové teorie pole, ale obvykle je nelze přímo pozorovat. Nedávný pokus na urychlovači ale ukázal jejich zatím nejpřímější experimentální stopu.

„Jak se možou částice nějak objevovat a zas mizet?“

Nic ve vesmíru není doopravdy prázdné – i když fyzici mluví o vakuu, nemyslí tím prázdnotu. Kvantová fyzika totiž už asi sto let říká, že prázdný prostor je fkutečnosti plný neustále kmitajících energetických polí. Z těch mohou na extrémně krátký okamžik vznikat páry částic a antičástic – ony virtuální částice. Ty se objeví, okamžitě zase zmizí a normálně je nikdy přímo nezaznamenáme. Což, logicky, vede k nejrůznějším vtípkům na účet fyziků…

Jenže experiment z Brookhaven National Laboratory ukázal, že někdy po sobě zanechají stopu!

Fyzici analyzovali data ze srážek protonů v urychlovači Relativistic Heavy Ion Collider. Při těchto srážkách vznikají celé spršky částic. Výzkumníci se zaměřili na specifický typ částice – páry lambda hyperonů a antihyperonů (Λ a Λ̄)…

„Proč šmírovaly právě tyhle?“

Tyhlecty lambda hyperiony jsou pro podobné experimenty ideální, protože z jejich rozpadu lze poměrně přesně zjistit orientaci jejich „rotace“ neboli přesněji spinu. To je úhlový moment částice, nezávislý na jejím pohybu prostorem – něco, s čím se částice obvykle „rodí“. A právě ten byl klíčem k objevu!

Ve většině srážek mají částice spin orientovaný náhodně. Když ale vědci analyzovali páry lambda a antilambda částic vzniklé velmi blízko sebe, našli něco zvláštního – jejich spiny byly výrazně korelované. A to je extrémně neobvyklé!

Přesně něco takového bychom totiž z teorií čekali u virtuálních párů strange kvark–antikvark, které vznikají ve vakuu. Tyhle páry jsou kvantově propojené a jejich spiny jsou automaticky synchronizované. Měření ukázalo spinovou korelaci asi 18 % nad náhodnou hodnotou, což odpovídá předpovědím modelů kvantové chromodynamiky!

„Cool, co to teda znamená?“

Pokud má interpretace dat pravdu, jeví se, že při srážce protonů může virtuální pár kvarků z vakua získat dostatek energie, aby se proměnil v reálné částice. A ty si přitom zachovají původní kvantové „nastavení“, které měly ještě jako virtuální fluktuace vakua.

Jinými slovy, naznačuje to víc o tom, jak vzniká hmota. Kvarky se totiž v přírodě téměř nikdy nevyskytují volně. Okamžitě se vážou do složitějších částic, jako jsou protony, neutrony nebo právě hyperony. Metoda tak umožňuje sledovat, jak se kvarky z vakua „rodí“ a jak se postupně skládají do stabilních částic.

Svět kolem nás – planety, hvězdy, lidé i jejich příčesky – je v jistém smyslu „jen“ stabilizovaná verze něčeho, co kdysi začalo jako krátká fluktuace v kvantovém vakuu. Ergo prázdnota možná není opak existence – ale její první, nejzákladnější forma!

[Ladislav Loukota]

Vědátor vznikl jako spinoff spolku studentů a popularizátorů vědy UP Crowd, dnes jej provozuje spolek Hyperion Media. Krom různých autorů projekt jako šéfredaktor vede Ladislav Loukota – kontaktní mail je [email protected]