Quarcii sunt particule cu adevărat ciudate. Din ei sunt alcătuiți protonii și neutronii, dar nu i-am văzut niciodată direct, iar singuri nici nu pot exista: se găsesc numai în perechi, în triplete sau în grupuri mai mari.
Când doi quarci sunt despărțiți, energia necesară pentru separare e atât de mare încât, pe parcurs, se formează încă doi. Fenomenul poate fi acum simulat în laborator, datorită unui computer cuantic.
Procesul are și un nume: ruperea corzilor. Forța nucleară tare, una dintre cele patru forțe fundamentale, îi ține legați pe quarci cam ca o coardă întinsă. Când într-un spațiu mic se concentrează destulă energie, din ea pot lua naștere particule. Odată ce distanța și energia trec de un anumit prag, legătura creată de forța tare se rupe, iar ruptura e de ajuns pentru a crea doi quarci noi.
Ruperea corzilor e însă mai ușor de descris decât de studiat. Quarcii sunt cercetați indirect, cu ajutorul celor mai puternice acceleratoare de particule, și nu avem cum să-i despărțim încet, ca să vedem ce se întâmplă.
Computerele cuantice ar putea fi soluția.
Într-un studiu publicat în revista Nature Physics, o echipă de la Duke Quantum Center (DQC) a folosit un simulator bazat pe calculul cuantic cu ioni captați. Ionii sunt atomi încărcați electric, fiindcă au electroni în plus sau le lipsesc câțiva. Simulatorul era alcătuit din 13 ioni, care puteau fi reglați cu ajutorul laserelor, iar configurația lui a fost codificată astfel încât să se comporte ca un model al ruperii corzilor.
Simularea nu a reprodus quarcii propriu-ziși. Potrivit studiului, echipa a lucrat cu o versiune simplificată, unidimensională, a fenomenului, iar o simulare completă a forței tari nu e încă posibilă. Chiar și așa, cercetătorii au putut vedea ceea ce la quarcii reali rămâne ascuns: cum se rupe coarda, pas cu pas, în timp și în spațiu.
Experimentul a pornit de la o coardă întinsă între două capete fixe, căreia i s-a mărit brusc tensiunea. Fizicienii se așteptau ca perechile noi de particule să apară uniform, pe toată lungimea corzii. În simulare, ele au apărut însă lângă capete și s-au răspândit apoi spre mijloc. Autorii concluzionează că e vorba de un mecanism nou de rupere a corzilor, diferit de cel convențional, cunoscut drept mecanismul Schwinger. Rezultatele au fost validate pe un computer obișnuit, care le-a confirmat acuratețea.
„Munca la intersecția dintre simularea cuantică și fizica energiilor înalte este incredibil de captivantă. Simulând confinarea quarcilor și fenomenele de rupere a corzilor într-un mediu de laborator controlat, deschidem noi căi pentru a cerceta experimental cum se comportă materia la nivelul ei cel mai fundamental”, a declarat Arinjoy De, primul autor al studiului, într-un comunicat. Cercetătorul a lucrat anterior la DQC, iar acum conduce o echipă la QuEra Computing.
Pentru fizicieni, câștigul e că pot urmări în laborator un proces pe care în natură nu-l văd direct: momentul în care legătura dintre quarci cedează, iar energia se transformă în particule noi.
„Simulările pe computere cuantice sunt cea mai bună platformă pentru a cerceta întrebări complexe precum formarea materiei, câtă vreme nu putem asista chiar la Big Bang. Aceste descoperiri marchează un progres semnificativ în știința cuantică și ne deschid noi căi pentru a înțelege dinamica ruperii corzilor”, a adăugat profesorul Christopher Monroe.
Rezultatele de acum au putut fi verificate pe un computer obișnuit, dar, potrivit comunicatului de la Duke, pe măsură ce problemele simulate vor crește, numai computerele cuantice le vor mai putea rezolva. Asta e una dintre promisiunile cruciale ale acestor mașini: să meargă dincolo de ce pot recrea supercomputerele. Lucrarea echipei de la DQC e un prim pas spre simulări cuantice suficient de complexe pentru a o îndeplini.
Nu se știe încă dacă mecanismul observat, cu perechi care se formează întâi la capetele corzii, are vreun rol în coliziunile din acceleratoare sau în Universul de după Big Bang. Potrivit autorilor, răspunsul îl pot da experimentele viitoare, în care capetele corzii se depărtează unul de altul sau coarda și mediul din jurul ei nu mai sunt fixe.
Ce s-a mai descoperit în Știință?
Ce se întâmplă cu inima când pacienții sar peste pastilele de tensiune: concluziile unei analize pe 91.339 de persoane
Oamenii de știință ar fi aflat de ce se mărește prostata odată cu vârsta
Clasament: țările cu cea mai mare încredere în știință și unde se situează România la nivel global
„Pe aceeași lungime de undă” nu e doar o expresie: creierele oamenilor chiar se pot sincroniza între ele
