— Objavljeno 15/02/2026 / Bug.hr.
Istraživanja spinskih korelacija lambda-čestica opaženih detektorom STAR na sudaraču RHIC pokazuju kako iz energije nastaje materija odnosno kako iz nevidljivih kvarkova nastaju opazive čestice
Zašto postoji išta, a ne ništa? To je jedno od temeljnih pitanja metafizike. Odgovora nema. Jer, nije posao filozofije da daje konačne odgovore nego da postavlja dobra pitanja koja su vrijedna istraživanja. Fizičari, s druge strane, nastoje dati odgovore na mnoga pitanja pa i na ona koja su nekad bila isključivo u domeni metafizike (primjerice: što je prostor, što je vrijeme, što je stvarnost). Što se tiče postojanja ičega, umjesto ničega... i tu fizika danas ima nešto za reći. Poznate su pojave poput kvantnih fluktuacija i tvorbe parova za koje se u popularizacijskim tekstovima često kaže da pokazuju nastajanje nečega (čestica) ni iz čega (iz vakuuma). Znamo da se to događa i znamo barem kako funkcionira, ako već ne znamo zašto. Doduše, niti je sam vakuum ništa, niti je vakuum dovoljan za nastanak opazivih čestica. Za tvorbu opazivih čestica potrebna je i energija.
Od klasičnog do kvantnog vakuuma
Klasični vakuum je naprosto praznina. Nema materije, nema zračenja, nema energije, nema fluktuacija. Doduše, ima geometrijskih svojstava prostora tako da ni klasični vakuum nije ništa u filozofskom smislu. Klasični vakuum možemo zamisliti kao praznu pozornicu na kojoj bi se nešto moglo događati kad bismo tamo doveli glumce i rekvizite. U klasičnom se vakuumu ništa spontano ne može dogoditi jer za tako nešto ne postoji mehanizam.
Kvantni vakuum je daleko od praznine. Kvantni vakuum je osnovno stanje kvantnih polja (elektronskog, kvarkovskog, fotonskog...) čija energija odgovara energiji osnovnih stanja polja. Ta polja nisu tek geometrijska svojstva prostora, ona su fizička svojstva prostora. Polja su fizički entiteti koji pokazuju fluktuacije. Te fluktuacije su svojevrsna podrhtavanja. Fizičke veličine, poput energije i vrijednosti polja, kod polja nemaju konstantnu vrijednost nego neprekidno variraju oko prosjeka. Uz vanjsku energiju može se ostvariti lokalno pobuđenje kvantnog polja, a to lokalno pobuđenje manifestira se kao opaziva čestica, često kao par čestica-antičestica.
Strani kvark, hiperon, lambda-čestica
Čestice, dakle, ne nastaju ni iz čega (kao što sugerira naslov koji je malo varljiv kako bi pridobio vašu pažnju). One nastaju kad se vanjskom pobudom, koja donosi energiju, ostvare lokalna pobuđenja kvantnih polja, koja su sastavni dio kvantnog vakuuma. Iznos energije koju donese vanjska pobuda mora biti barem dovoljan za stvaranje mase i kinetičke energije produkata. Čestice obično nastaju u paru zbog zakona očuvanja (energije, količine gibanja, električnog naboja, naboja boje, leptonskog broja, barionskog broja...) Najmanje energije treba za nastanak para elektron-pozitron. Dosta više energije treba za nastanak para kvark-antikvark, najprije za gornji (up ili u), pa donji (down ili d) pa onda opet dosta više za strani (strange ili s). u, d i s su tri od ukupno šest okusa kvarkova.
Gornji kvark i donji kvark čine nukleone, protone i neutrone, koji su u atomskim jezgrama svih atoma od kojih smo građeni mi sami i sve oko nas. Konkretno, proton i neutron građeni su od po tri kvarka, proton je uud, a neutron udd. A sad dolazi bizarni dio priče. Kvarkovi su vječni robovi. Za njih vrijedi pravilo da smiju biti u vezanom stanju najčešće od tri kvarka (takve čestice nazivamo barioni, primjer su proton i neutron) ili u vezanom stanju kvark-antikvark različitih okusa (takve čestice nazivamo mezoni). Priroda ne dopušta slobodne kvarkove. Tu tužnu činjenicu nazivamo kvarkovsko sužanjstvo.
Kad protonu pokušamo iščupati jedan kvark, recimo jedan u-kvark, on će se opirati kao da je vezan, zamislimo to tako, elastičnom vrpcom. Ako dovoljno jako vučemo ta vrpca konačno pukne, ali se na njezinim puknutim krajevima formiraju novi kvark i antikvark. Na onom kraju koji je ostao vezan uz nukleon mora biti kvark, a na onom koji je izvučen s jednim u-kvarkom mora biti antikvark, u skladu sa spomenutim pravilom da postoje samo trojke kvark-kvark-kvark (barioni) i parovi kvark-antikvark (mezoni). Recimo da je bilo dovoljno energije za nastanak stranog kvarka i antikvarka. Onda iščupani mezon ima građu gornji kvark i strani antikvark (to je pozitivni kaon), a preostali barion ima građu uds. To je lambda-čestica. Inače, barione koji imaju strani kvark zovemo hiperoni. Lambda je najlakši hiperon. Dio nuklearne fizike koja se bavi hiperonima naziva se hipernuklearna fizika. Usput, prije nekih četvrt stoljeća u tom sam području fizike napravio svoj magistarski rad.
Otkriće spinskih korelacija lambda-čestica na BNL-u
Spomenutim detektorom STAR (Solenoidal Tracker, solenoidni detektor tragova) na sudaraču RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider, sudarač relativističkih teških iona), u sudarima protona visokih energija, stvarane su ne samo lambda-čestice nego parovi lambda-čestica i lambda-antičestica (to je hiperon kojeg čine antidonji, antigornji i antistrani kvark). Tim su lambdama mjereni spinovi, to je jedno od karakterističnih kvantnih svojstava čestica. Rezultati kolaboracije STAR objavljeni su nedavno u časopisu Nature.
Spinovi onih čestica koje su nastale na istoj lokaciji – a to je mjesto pucanja one zamišljene elastične vrpce – pokazuju korelacije koje se mogu tumačiti kroz kvantnu prepletenost. Ta kvantna prepletenost je svojstvo prema kojem par čestica, koji su jednom bili dio istog sustava, čini i dalje jedinstvenu cjelinu bez obzira na međusobnu udaljenost. U praksi se to manifestira kao „sablasno djelovanje na daljinu” na koje se Einstein zgražao, a koje se pokazalo kao neupitna stvarnost.
No uglavnom, parovi lambdi (i antilambdi) pokazuju spinske korelacije što se može tumačiti kao posljedica kvantne prepletenosti i takvi bi i ostali u idealiziranom slučaju bez okoline. Međutim, okolina to ne dopušta. Zbog mnoštva prisutnih čestica ubrzo se dogode nove interakcije u kojima se prvobitna prepletenost gubi. Pa se više ne opaža spinska korelacija. Opadanje spinske korelacije s udaljenošću, što je mjerljivo, pomaže razumjeti hadronizaciju. A to nije važno samo zbog teorijskih razloga – da objasnimo nastanak kvarkova, hadrona, nukleona, zvijezda, planeta i ljudi – nego i zbog praktičnih razloga – iščezavanja prepletenosti, čime sustav prelazi iz kvantnog u klasični, što je konceptualna poveznica s kvantnim računalima.