Физики впервые воспроизвели разрыв кварковых струн на квантовом симуляторе
Исследователи из Центра квантовых исследований Университета Дьюка смогли воспроизвести процесс нарушения струны — явление из физики элементарных частиц — с помощью квантового симулятора, собранного из тринадцати захваченных ионов. Работа была опубликована 23 сентября в журнале Nature Physics. Полученные результаты способствуют лучшему пониманию условий, существовавших сразу после Большого взрыва. Об этом сообщает издание RuSamara.
Кварки представляют собой фундаментальные частицы материи, однако в свободном состоянии они не наблюдаются. Внутри протонов и нейтронов пары кварков ведут себя так, как будто их соединяет натянутая струна. Для разрыва этой связи требуется значительная энергия, и в момент разрыва накопленная энергия преобразуется в новые частицы. Данный процесс, известный как нарушение струны, обычно фиксируется лишь в экстремальных условиях, например, на Большом адронном коллайдере.
В ходе эксперимента лазерные лучи точно нацеливались на ионы, что позволяло регулировать взаимодействия между ними. Это обеспечивало имитацию накопления энергии, возникающей при растяжении связи между кварками. Когда в модели возникали новые частицы и струна разрывалась, на месте одной пары оставались две или более. Исследователи отслеживали появление эффективных зарядов — элементов модели, представляющих заряженные частицы, и восстанавливали динамику струны.
«Работа на стыке квантового моделирования и физики высоких энергий невероятно захватывает, — отметил первый автор статьи Аринджой Де, бывший докторант лаборатории Кристофера Монро. — Моделируя конфайнмент кварков и явления нарушения струны в контролируемой лабораторной среде, мы открываем новые пути для экспериментальных исследований поведения материи на самом фундаментальном уровне».
Результаты симуляции были проверены, запустив ту же модель на классическом компьютере. Совпадение расчетов и эксперимента подтвердило, что квантовый симулятор точно воспроизвел модель в протестированном масштабе. Следующий шаг — расширить симуляции до задач, которые слишком сложны для классических компьютеров, включая самые мощные суперкомпьютеры.
В коллаборацию под руководством Университета Дьюка вошли исследователи из Мэрилендского университета, Оксфордского университета, Калифорнийского технологического института, Корнеллского университета и KU Leuven. Схожие результаты были получены в двух других исследованиях, где нарушение струны воспроизвели на сверхпроводящих схемах и нейтральных атомах. По словам руководителя исследования Кристофера Монро, эти три платформы лидируют в области квантовых вычислений, а совпадение результатов служит полезным ориентиром для всего научного сообщества.
Больше новостей и эксклюзивных видео смотрите в канале Самара Онлайн 24 в MAX
