Физики из Брукхейвенской национальной лаборатории получили прямые экспериментальные доказательства превращения виртуальных частиц квантового вакуума в реальную

Физики из Брукхейвенской национальной лаборатории получили прямые экспериментальные доказательства превращения виртуальных частиц квантового вакуума в реальную, обнаруживаемую материю, что даёт уникальный взгляд на то, как «ничто» порождает видимую Вселенную. Исследование, опубликованное на этой неделе в Nature, провели участники коллаборации STAR на Релятивистском коллайдере тяжёлых ионов (RHIC) в Аптоне, штат Нью-Йорк. Это одно из последних крупных открытий RHIC, который работает с 2000 года и завершает свою 25-ю и финальную кампанию перед перестройкой в Электрон-ионный коллайдер.

Эксперимент охватил миллионы столкновений протонов, сосредоточившись на парах частиц — лямбда- и анти-лямбда-гиперонах, содержащих странные кварки. Согласно квантовой теории, вакуум постоянно порождает виртуальные пары кварк-антикварк, которые на миг возникают и исчезают. Эти виртуальные пары всегда имеют согласованный спин — квантовое свойство, связанное с магнетизмом.

Детектор STAR зафиксировал лямбда- и анти-лямбда-частицы, возникающие близко друг к другу после столкновений, и обнаружил их 100% согласованность спинов, соответствующую сигнатуре вакуумных виртуальных частиц. Измерение показало относительный сигнал поляризации 18% с погрешностью 4%. «Это даёт нам уникальное окно в квантовый вакуум, которое может открыть новую эру в понимании формирования видимой материи и появления её фундаментальных свойств», — отметил соавтор исследования, физик STAR из Брукхейвена Чжоудунмин Ту.

Открытие проливает свет на происхождение массы протонов: кварки составляют лишь 1% массы протона, а 99% возникает из динамики квантоводинамического вакуума. «В нашем эксперименте энергия для превращения виртуальных частиц в реальную материю берётся из столкновений RHIC, — объяснил Ту. — Теперь мы можем реконструировать этот процесс». Методы, разработанные на RHIC, можно применить на будущей Электрон-ионной машине, которая начнёт работу около 2030 года и даст ещё более точные инструменты для изучения связи вакуума с массой вещества.

https://www.nature.com/articles/s41586-025-09920-0