В НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ предложен способ наблюдения спонтанного распада вакуума в сверхкритическом кулоновском поле
Четверг, 17 апреля 2025Спонтанный распад вакуума в сверхкритическом кулоновском поле является фундаментальным непертурбативным квантово-электродинамическим явлением, согласно квантовой теории поля. Его существование было предсказано более 50 лет назад, однако все попытки по его наблюдению к настоящему моменту не увенчались успехом. Наиболее реалистичным экспериментальным сценарием, допускающим его проявление, служит столкновение тяжёлых ядер с суммарным зарядом, превышающим критическое значение, которое приблизительно равно 173. Когда в таких столкновениях ядра подходят достаточно близко друг к другу, низшее квазимолекулярное связанное состояние может достигать границы нижнего континуума. При дальнейшем сближении ядер это связанное состояние погружается в нижний континуум в виде резонанса. Если уровень был изначально не занят, то резонанс может привести к образованию двух электрон-позитронных пар. Наблюдение этих позитронов было бы прямым доказательством существования распада вакуума. Однако в столкновениях позитроны могут также рождаться чисто динамически, что существенно осложняет наблюдение данного процесса.
Недавно научной группой квантовой электродинамики атомных систем отдела квантовой физики и химии Отделения перспективных разработок НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ был предложен способ, позволяющий увидеть признаки, указывающие на переход к сверхкритическому режиму, в котором становится возможным спонтанное рождение электрон-позитронных пар. В рамках этого метода предлагается рассматривать столкновения по траекториям, соответствующим разным энергиям, но имеющим одинаковое расстояние наибольшего сближения. Идея, лежащая в основе, заключается в противоположной зависимости динамического и спонтанного вкладов в вероятность рождения пар от скорости ядер.
«Используя данный подход, с помощью моделирования, было проведено детальное исследование зависимости вероятности рождения пар и энергетических спектров позитронов от энергии столкновения при фиксированном минимальном межъядерном расстоянии. Сначала расчёты были проведены в монопольном приближении, учитывающем только сферически симметричную часть двухцентрового потенциала ядер. В результате были обнаружены качественные изменения поведении как вероятностей рождения пар, так и позитронных спектров при переходе от докритических к сверхкритическим столкновениям. Полученные результаты затем были подтверждены более точными расчётами, выполненными за рамками монопольного приближения. Помимо этого, также, с помощью расчетов, исследовано влияние вращения межъядерной оси на вероятности рождения пар», — рассказал младший научный сотрудник группы квантовой электродинамики атомных систем отдела квантовой физики и химии Отделения перспективных разработок НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ Роман Попов.
В 2025 году он защитил диссертационную работу на тему: «Спектры позитронов в низкоэнергетических столкновениях тяжёлых ядер как инструмент для наблюдения спонтанного распада вакуума в сверхкритическом кулоновском поле» и получил учёную степень кандидата физико-математических наук по специальности 1.3.3. «Теоретическая физика». Научный руководитель: Шабаев Владимир Моисеевич, доктор физико-математических наук, профессор, ведущий научный сотрудник группы квантовой электродинамики атомных систем отдела квантовой физики и химии Отделения перспективных разработок НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ.
