Международная команда под руководством квантового физика из Инсбрука Питера Цоллера совместно с американской компанией QuEra Computing впервые напрямую наблюдала теорию калибровочного поля, подобную моделям из физики элементарных частиц, в двумерном аналоговом квантовом симуляторе. Исследование [опубликовано](https://www.nature.com/articles/s41586-025-09051-6) в журнале Nature.
Нарушение струн происходит, когда струна между двумя сильно связанными частицами, такими как пара кварк-антикварк, разрывается и создаются новые частицы. Это явление имеет ключевое значение для понимания сильных взаимодействий, которые происходят в квантовой хромодинамике (КХД) — теории, описывающей связь кварков в протонах и нейтронах.
Наблюдение нарушения струн крайне сложно осуществить экспериментально, так как оно происходит в природе только в экстремальных условиях. Недавняя работа учёных из университетов Инсбрука и Гарварда, Института квантовой оптики и квантовой информации (IQOQI) и квантового компьютера компании QuEra впервые демонстрирует, как это явление можно воспроизвести в аналоговом квантовом симуляторе.
Исследователи разместили до нескольких десятков атомов рубидия в оптических ловушках с геометрией Кагоме — подобно традиционному японскому узору плетения — используя программируемую платформу нейтральных атомов Aquila от QuEra.
«Мы теоретически рассмотрели, какая минимальная установка потребуется для наблюдения этого явления. И мы воспользовались прогрессом, достигнутым в экспериментальном управлении симуляторами нейтральных атомов», — говорит Торстен Захе из команды Цоллера.
Это позволило смоделировать на квантовом симуляторе теорию, напоминающую теорию сильных взаимодействий. «Ван-дер-ваальсовы взаимодействия между использованными здесь атомами Ридберга означают, что два атома не могут быть возбуждены одновременно, если они находятся очень близко друг к другу. Они блокируют друг друга», — объясняет Захе. «Этот эффект отражает ограничение, с которым сталкиваются элементарные частицы, такие как глюоны или кварки, из-за сильного взаимодействия».
В эксперименте физики смогли проследить динамику, приводящую к нарушению струн в режиме реального времени. «Наблюдение за нарушением струн в контролируемой двумерной среде знаменует собой критический шаг на пути к использованию квантовых симуляторов для исследования физики высоких энергий», — говорит Даниэль Гонсалес-Куадра, первый автор исследования.
Открыто самое тяжёлое ядро, распадающееся путём испускания протонов
Впервые почти за 30 лет измерено самое тяжёлое ядро, распадающееся путём испускания протонов. Предыдущий подобный прорыв был достигнут в 1996 году.
Радиоактивный распад атомных ядер является одним из краеугольных камней ядерной физики с начала ядерных исследований. Теперь в Лаборатории ускорителей Университета Ювяскюля в Финляндии измерено самое тяжёлое ядро, распадающееся путём испускания протонов. [Статья с результатами исследования](https://www.nature.com/articles/s41467-025-60259-6) опубликована в Nature Communications 29 мая 2025 года.
«Испускание протонов — это редкая форма радиоактивного распада, при которой ядро испускает протон, чтобы приблизиться к стабильности», — говорит доктор Хенна Кокконен из Университета Ювяскюля.
Новое ядро на данный момент является самым лёгким известным изотопом астата, 188At, состоящим из 85 протонов и 103 нейтронов. Экзотические ядра такого рода чрезвычайно сложно изучать из-за их короткого времени жизни и низкого сечения образования, поэтому требуются точные методы.
«Ядро было получено в результате реакции синтеза-испарения путём облучения мишени из природного серебра ионами пучка 84Sr», — говорит научный сотрудник Академии наук Калле Ауранен из Университета Ювяскюля. «Новый изотоп был идентифицирован с помощью детекторной установки сепаратора отдачи RITU».
Помимо экспериментальных результатов, исследование расширило теоретическую модель для интерпретации измеренных данных. В рамках модели ядро можно интерпретировать как сильно вытянутое, то есть «по форме напоминающее арбуз».
«Свойства ядра указывают на изменение тренда в энергии связи валентного протона», — говорит Кокконен. «Возможно, это объясняется взаимодействием, беспрецедентным для тяжёлых ядер».
Исследование является частью докторской диссертации Кокконен и непосредственным научным продолжением её магистерской диссертации, в которой она открыла новый тип атомного ядра — астататин-190. Статья с тезисами была [опубликована](https://phys.org/news/2023-06-atomic-nucleus.html) в журнале Physical Review C в 2023 году.
«Открытие изотопов — редкое явление во всём мире, и это второй раз, когда у меня появилась возможность стать частью истории», — говорит Кокконен. «Каждый эксперимент — это сложная задача, и очень приятно заниматься исследованиями, которые улучшают понимание пределов материи и структуры атомных ядер».