Istraživači su pomoću kvantnog simulatora posmatrali proces koji podseća na nastanak čestice i antičestice iz energije. Eksperiment ne znači da je u laboratoriji stvoren novi kosmos, ali omogućava kontrolisano proučavanje „kidanja strune”, fenomena važnog za razumevanje sila koje povezuju osnovne čestice.
U fizici čestica kvarkovi se ne pojavljuju slobodno u uobičajenim uslovima. Oni su povezani jakom nuklearnom silom i nalaze se unutar protona, neutrona i drugih složenih čestica. Što se dva kvarka više razdvajaju, energija veze raste, kao da se između njih zateže elastična struna.
Ako se u sistem uloži dovoljno energije, struna se ne produžava beskonačno. Umesto toga može nastati novi par čestice i antičestice, pa se prvobitna veza „prekida” i formiraju se nove kombinacije. Taj proces je težak za neposredno posmatranje, jer se odvija na izuzetno malim prostornim i vremenskim skalama.
Tim Kvantnog centra Univerziteta Djuk napravio je simulator u kojem se matematička pravila sličnog sistema predstavljaju pomoću kontrolisanih kvantnih komponenti. Umesto pravih kvarkova korišćeni su elementi uređaja čija stanja mogu da oponašaju ponašanje teorijskog modela. Naučnici su zatim pratili kako se sistem menja kada mu se doda energija.
Prednost kvantnog simulatora je u tome što pojedinačne delove procesa može učiniti dostupnijim merenju. Klasični računari teško prate velike kvantne sisteme, jer broj mogućih stanja raste ogromnom brzinom. Kvantni uređaj koristi samu kvantnu prirodu svojih komponenti da predstavi takvo ponašanje.
Ovo ipak nije univerzalni kvantni računar koji rešava svaki problem. Simulator je napravljen za određenu klasu modela i njegovi rezultati moraju da se porede sa teorijskim predviđanjima i klasičnim proračunima tamo gde su oni mogući. Najveća vrednost nastaje kada uređaj uđe u oblast koju klasična simulacija više ne može pouzdano da prati.
„Materija koja nastaje” zvuči kao kršenje zakona održanja, ali energija i masa nisu odvojene kategorije. Ajnštajnova veza između mase i energije pokazuje da dovoljno koncentrisana energija može učestvovati u stvaranju čestica, pod uslovom da su svi zakoni očuvanja zadovoljeni. Obično nastaje par čestice i antičestice sa suprotnim kvantnim osobinama.
Eksperiment ima značaj i izvan fizike visokih energija. Slični matematički obrasci mogu se pojavljivati u kondenzovanoj materiji i drugim kvantnim sistemima. Razumevanje načina na koji se pobuđenja šire, veze prekidaju i nova stanja formiraju moglo bi pomoći u razvoju preciznijih simulatora.
Nije realno očekivati da će ovakav uređaj uskoro proizvoditi korisnu materiju ili energiju. Njegov cilj je znanje: da fizičari dobiju eksperimentalni prozor u procese koje inače opisuju složenim jednačinama. To je slično korišćenju modela aviona u vazdušnom tunelu – model nije pravi avion, ali ponašanje vazduha otkriva važne zakone.
Ono što je nekada bilo dostupno gotovo isključivo teoriji sada se pojavljuje kao merljiv niz promena u kvantnom uređaju. Time simulatori postaju laboratorije za pitanja koja se nalaze na granici između čestica, polja i same strukture vakuuma.
S.B.
