Физики воссоздали разрыв кварковых струн на квантовом симуляторе
Исследователи из Центра квантовых исследований Университета Дьюка воспроизвели процесс нарушения струны, явление из физики элементарных частиц, с использованием квантового симулятора, состоящего из 13 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 портал RuSamara.
Кварки, являющиеся основными частицами материи, не встречаются в свободном состоянии. Внутри протонов и нейтронов пары кварков ведут себя так, будто их соединяет натянутая струна. Для разрыва этой связи требуется значительная энергия, и в момент разрыва накопленная энергия преобразуется в новые частицы. Этот процесс, известный как нарушение струны, обычно наблюдается только в экстремальных условиях, таких как на Большом адронном коллайдере.
В эксперименте лазерные лучи точно направлялись на ионы, регулируя взаимодействия между ними. Это позволило имитировать накопление энергии, возникающее при растяжении связи между кварками. Когда в модели появлялись новые частицы и струна разрывалась, на месте одной пары оставались две или более. Исследователи отслеживали появление эффективных зарядов, 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, как сообщает сайт SciTechDaily. — 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 путем запуска той же модели на классическом компьютере. Совпадение расчетов и эксперимента подтвердило, что квантовый симулятор точно воспроизвел модель в протестированном масштабе. Следующей задачей является расширение симуляций 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. Аналогичные результаты были получены в двух других работах, 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.
