ניסוי בסימולטור קוונטי: שוחזר תהליך היווצרותם של חלקיקים חדשים ב"קריעת מיתר"

לראשונה, פיזיקאים עקבו בזמן אמת אחר הדינמיקה של מה שמכונה קריעת המיתר בסימולטור קוונטי ניתן לתכנות המבוסס על יונים לכודים. הניסוי משחזר במודל מפושט אחד מהתהליכים היסודיים של האינטראקציה החזקה, שבו אנרגיית הקשר בין החלקיקים הופכת לזוגות חלקיקים חדשים. המחקר פורסם ב-Nature Physics.

בטבע אי אפשר להפריד קוורקים זה מזה ולצפות בהם בנפרד. כשמנסים להרחיק קוורק מאנטי-קוורק, אנרגיית השדה שמקשר ביניהם גדלה, כאילו נמתח ביניהם מיתר. בשלב מסוים משתלם אנרגטית יותר ליצור זוג חדש של קוורק-אנטי-קוורק: ה"מיתר" המקורי נקרע, ובמקום שני קוורקים מבודדים נוצרות מערכות קשורות חדשות.

מידול ישיר של דינמיקה כזו של הכרומודינמיקה הקוונטית קשה ביותר אפילו עבור מחשבים קלאסיים עוצמתיים. לכן השתמשו החוקרים במודל כיול חד-ממדי מפושט ומימשו אותו בשרשרת של 13 יונים לכודים של איטרביום-171. לייזרים אפשרו לשלוט באופן בלתי תלוי באינטראקציה בין יונים בודדים ולדמות מטענים, שדה חשמלי ומתיחות של ה"מיתר".

לאחר הגדלה חדה של המתיחות צפו החוקרים בהופעת זוגות מטענים חדשים סמוך לקצות המיתר. לאחר מכן, במתיחות חזקה מספיק, הם התפשטו אל תוך המערכת ולמעשה קרעו את הקשר המקורי. המנגנון התברר כשונה ממנגנון שווינגר הקלאסי, שבו הזוגות אמורים להיווצר בכל נפח השדה.

הניסוי אינו אומר שהמחשב הקוונטי יצר במובן המילולי חלקיקים יסודיים ממשיים: היונים רק שחזרו את החוקים המתמטיים של תורת שדות קוונטית מפושטת. עם זאת, סימולטורים כאלה עשויים לאפשר לחקור תהליכים שקשה לחשב בשיטות מסורתיות, ובהם הדינמיקה של האינטראקציה החזקה, התנגשויות של יונים כבדים וכמה תהליכים ביקום הקדום.