Механизм появления частиц из ниоткуда

Научно-популярные источники регулярно публикуют сведения о том или ином исследовании, в котором удалось получить частицу из пустоты. Причём, речь идёт не о виртуальных «расчётных» частицах, а вполне себе материальных массивных объектах.

Самое интересное во всём этом деле — механизм появления частицы из вакуума. По сути это эквивалентно материализации частицы из пустого места. Это ставит физику где-то рядом с эзотерикой. Правда есть тут некоторые важные моменты, о которых следует узнать.

Начнём с того, что такой процесс хорошо известен в физике и есть подробная статья об этом на википедии — это называется «рождение пар». Процесс, обратный аннигиляции. Именно это происходит при работе коллайдера и также уже хорошо известна и описана методика насыщения энергией вакуума для рождения новой частицы с помощью лазеров.

Кроме того процесс формирования пар из частиц и античастиц известен как эффект Швингера. Правда тут механизм слегка иной — вакуум «ломают» с помощью мощных электромагнитных полей и это приводит к рождению частиц. Об успешности подобных экспериментов тоже многократно писали. Помимо этого есть и космологическая теория о появлении частиц в результате действия гравитации.

Как именно всё это работает никто пока не знает и конкретный механизм формирования частицы не описан. Ну или я не нашёл этого описания, поэтому если у ас есть такие сведения — делитесь пожалуйста в комментариях. Но зато есть теоретические предпосылки, которые позволяют подтвердить, что процесс вполне возможен.

Первая — это знаменитая Эйнштейновская формула, которая подразумевает связь массы и энергии. В случае коллайдера частицы разгоняются и наделяются энергией и после столкновения эта энергия частично переходит в новую массу. Получается, что с помощью энергии можно создавать материю практически из пустоты.

Почему «практически из пустоты»? Потому что следующая теоретическая основа для этого процесса — это отсутствие абсолютного вакуума.

Абсолютный вакуум или полная пустота есть только абстрактное представление или идеальная модель. Почти как идеальный газ. В реальности абсолютный вакуум создать практически невозможно, а если и допустить его формирование, то к этому процессу подключаются представления о полях.

По мнению физиков в любом якобы пустом месте существуют квантовые поля. Эти квантовые поля могут иметь самую разную природу и полностью не изучены.

Наличие полей того или иного типа хорошо демонстрирует эффект Казимира.

Если коротко, то это притяжение двух пластинок под действием сил, формируемых в результате появления разного количества частиц в зоне между пластинами и снаружи их.

Если представить, что такие поля и правда существуют, то механизм формирования «из пустоты» становится более или менее логичным.

Ведь если наполнить квант поля внешней энергией, то что мешает кванту становиться массивной частицей.

Это, между прочим, слегка упрощает восприятие и виртуальных математических частиц. Ведь виртуальная частица при получении внешней энергией становится уже реальной, что делает всю нелюбимую многими математическую физику вполне себе актуальной. Выходит, что и правда всё это математическая модель, причём работающая.

Исходя из приведённой информации сам механизм появления частицы из пустоты сводится к насыщению вакуума, который на самом деле не пуст и содержит разные квантовые поля, внешней энергией. Как получить эту энергию уже будет не столь важно. Это могут быть излишки при столкновении или прямое насыщение лазером.

Дальше эта энергия КАК-ТО взаимодействует с ЧЕМ-ТО в пустоте и в результате такого взаимодействия формируются реальные частицы (читай как «новая материя»).

Про столкновение частиц можно было бы предположить, что сам процесс удара «выбивает» новые частицы из сталкиваемых объектов. По крайней мере так это часто рисуют на схемах. Но, по всей видимости это не совсем так. Ведь исходное количество материи сохраняется и дополняется новым. Значит, новая масса действительно сформирована из окружения.