Материя буквально треснула по швам: как ученые воспроизвели рождение Вселенной без коллайдера

Исследователи из Квантового центра Университета Дьюка с помощью квантового симулятора воспроизвели динамику разрыва "струн", что позволяет изучать процессы формирования частиц в условиях, близких к тем, что существовали после Большого взрыва. Результаты работы опубликованы 23 сентября в журнале Nature Physics.
В основе исследования лежит поведение кварков — фундаментальных строительных блоков материи. Кварки никогда не существуют в свободном состоянии; они связаны внутри протонов и нейтронов взаимодействием, которое можно представить как натянутая струна. При попытке развести кварки в разные стороны затрачивается колоссальная энергия. Когда эта "связь" разрывается, накопленная энергия превращается в новые частицы. В природе такой процесс наблюдается лишь в экстремальных условиях, например, в Большом адронном коллайдере или в первые мгновения жизни Вселенной.
Поскольку кварки в миллиарды раз меньше атома и недоступны для прямого наблюдения, команда под руководством профессора Кристофера Монро создала аналогичную систему на базе квантового симулятора из 13 захваченных ионов (электрически заряженных атомов). С помощью прецизионных лазерных лучей ученые настраивали взаимодействие между ионами так, чтобы оно имитировало накопление энергии при растяжении связи между кварками. Чтобы запустить процесс, ионную цепочку перевели в неравновесное состояние, после чего зафиксировали появление эффективных зарядов — элементов модели, представляющих новые частицы.