Η κβαντική φυσική σκιαγραφεί μια παράξενη εικόνα του κόσμου, γεμάτη με αλλόκοτες συνδέσεις, ανησυχητικές αβεβαιότητες και – ίσως το πιο παράξενο από όλα – σωματίδια που δημιουργούνται αυθόρμητα από το κενό. Αυτά τα λεγόμενα «εικονικά σωματίδια» έχουν έμμεσες επιδράσεις που οι επιστήμονες έχουν μετρήσει στο παρελθόν. Τώρα όμως, για πρώτη φορά, οι ερευνητές έχουν εντοπίσει την ανάδυση αυτών των σωματιδίων που «προέρχονται από το τίποτα».
Σε μια πρόσφατη δημοσίευση στο περιοδικό Nature [Measuring spin correlation between quarks during QCD confinement], οι φυσικοί από τον Σχετικιστικό Επιταχυντή Βαρέων Ιόντων (RHIC) στο Εθνικό Εργαστήριο Brookhaven του Long Island περιγράφουν πώς βρήκαν ζεύγη υποατομικών σωματιδίων με μια παράξενη συσχέτιση ως προς την κατεύθυνση του σπιν. Το σπιν των σωματιδίων είναι μια κβαντική ιδιότητα που μπορεί να δείχνει είτε προς τα πάνω είτε προς τα κάτω. Οι περισσότερες ομάδες σωματιδίων εμφανίζουν ένα τυχαίο μείγμα προσανατολισμών σπιν (πάνω/κάτω), αλλά οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι ένα συγκεκριμένο είδος σωματιδίου που παράχθηκε στον επιταχυντή εμφανιζόταν συχνά σε ζεύγη με ίδιες κατευθύνσεις σπιν.
Αυτά τα ζεύγη, πιστεύουν οι επιστήμονες, πρέπει να είναι άμεσοι απόγονοι εικονικών σωματιδίων που προέκυψαν αυθόρμητα από το τίποτα – από το κβαντικό κενό.
Το κενό στην κβαντική θεωρία δεν είναι κενός χώρος. Είναι ένα πεδίο γεμάτο με «εικονικά σωματίδια». Τέτοια σωματίδια είναι συνέπεια της αρχής της αβεβαιότητας του Χάιζενμπεργκ, σύμφωνα με την το γινόμενο της αβεβαιότητας (ΔΕ) στην ενέργεια μιας κβαντικής κατάστασης επί τον χρόνος ζωής της (Δt) συνδέονται μεταξύ τους έτσι ώστε: όσο πιο μεγάλο είναι το Δt τόσο μικρότερη είναι η (κβαντική) αβεβαιότητα ΔΕ στην ενέργεια και αντιστρόφως.
Αν μια κβαντική κατάσταση είναι πολύ, πολύ σύντομη, τότε η ενέργειά της μπορεί να είναι εξαιρετικά αβέβαιη. Αυτό σημαίνει ότι ζεύγη σωματιδίων – ένα σωματίδιο (ύλη) και το αντισωματίδιό του (αντιύλη) – μπορούν για πολύ σύντομο χρονικό διάστημα να εμφανιστούν, «δανειζόμενα» ενέργεια από το τίποτα.
Συνήθως αυτά τα σωματίδια εξαφανίζονται σχεδόν αμέσως, εξαϋλώνονται μεταξύ τους – αλλά όχι αυτή τη φορά. Στο πείραμα του RHIC, συγκρούονται βαρέα ιόντα σχεδόν με την ταχύτητα του φωτός, δημιουργώντας εκρήξεις εντυπωσιακής ενέργειας. Όταν τυχαίνει ένα ζεύγος εικονικών σωματιδίων να εμφανιστεί εκεί στο κενό, μπορεί να εκμεταλλευτεί την άμεσα διαθέσιμη ενέργεια της σύγκρουσης για να γίνει πραγματικό. Όταν δύο σωματίδια συγκρούονται σε υψηλές ενέργειες, δίνουν στο κενό μια ενεργειακή ώθηση. Έτσι, τα εικονικά σωματίδια παίρνουν μια ώθηση χωρίς να χρειαστεί να εξαφανιστούν επιστρέφοντας στο κενό.
Επειδή αυτά τα σωματίδια που έγιναν πλέον πραγματικά προήλθαν ως ζεύγος, είναι κβαντικά συμπλεγμένα, διατηρώντας μια σύνδεση ανεξάρτητα από το πόσο μακριά μπορεί να βρεθούν μεταξύ τους. Έτσι, όταν απομακρύνονται μετά τη σύγκρουση, μοιράζονται την ίδια κατεύθυνση σπιν.
Το πείραμα εντόπισε ζεύγη «παράξενων» (strange) κουάρκ. Τα κουάρκ δεν είναι σταθερά από μόνα τους, οπότε όταν αυτά τα νέα κουάρκ εμφανίστηκαν, γρήγορα ενώθηκαν με άλλα για να σχηματίσουν σύνθετα σωματίδια που ονομάζονται υπερόνια λάμδα (Λ). Πρόκειται για εξωτικές εκδοχές των πρωτονίων: περιέχουν ένα πάνω κουάρκ, ένα κάτω κουάρκ και ένα παράξενο κουάρκ, αντί για τα δύο πάνω και ένα κάτω κουάρκ του πρωτονίου. Τα σωματίδια Λ, με τη σειρά τους, δεν είναι και τόσο σταθερά. «Ζούν» μόνο 10-10 δευτερόλεπτα περίπου και διανύουν λίγα εκατοστά μέσα στον επιταχυντή πριν διασπαστούν σε πιο συνηθισμένα σωματίδια που μπορούν να ανιχνευθούν.
Η κατεύθυνση της ορμής αυτών των προϊόντων διάσπασης αποκαλύπτει το σπιν των υπερονίων Λ που τα δημιούργησαν. Και το σπιν του Λ θεωρείται ότι καθορίζεται αποκλειστικά από το σπιν του παράξενου κουάρκ (επειδή τα σπιν των άνω και κάτω κουάρκ εξουδετερώνονται). Όταν οι ερευνητές εξέτασαν τις μετρήσεις τους, εξεπλάγησαν από το πόσο ισχυρά συσχετισμένα ήταν αυτά τα σωματίδια. Τα σπιν τους φαίνεται να είναι παράλληλα. Αυτό δείχνει ότι πράγματι παρατηρούμε αυτά τα ζεύγη παράξενων κουάρκ του κβαντικού κενού διαμέσου των υπερονίων Λ.
Το εύρημα επιβεβαιώνει την πρόβλεψη που έγινε πριν από 30 χρόνια, ότι τα εικονικά ζεύγη παράξενων κουάρκ πρέπει να έχουν παράλληλα σπιν. Αυτό το νέο «παράθυρο» στα εικονικά σωματίδια αναμένεται να βοηθήσει στην απάντηση ενός μεγάλου μυστηρίου της πυρηνικής φυσικής: από πού προέρχεται η μάζα του πρωτονίου;
διαβάστε περισσότερες λεπτομέρειες ΕΔΩ: Physicists trace particles back to the quantum vacuum – https://www.scientificamerican.com/article/physicists-trace-particles-back-to-the-quantum-vacuum/
Κατηγορίες:ΚΒΑΝΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ, ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΑ
physicsgg 
Σχολιάστε