Физики нашли частицы, которые помнят все

мля превратится в ледяной шар. Последняя звезда во Вселенной пошлет свой последний свет. А частицы, рожденные несколько дней назад в лаборатории в Колорадо, США, все еще будут помнить добрые лица экспериментаторов

Фото: Shutterstock

Физики сумели «изготовить» частицы, которые помнят все. Единожды родившись, они сохранят память об этом навсегда, и ничто во Вселенной не в состоянии их сбить с толку. Исчезнут фотоны угасшего Солнца. Рассыплются пирамиды. Земля превратится в ледяной шар. Последняя звезда во Вселенной пошлет свой последний свет. А частицы, рожденные несколько дней назад в лаборатории в Колорадо, США, все еще будут помнить добрые лица экспериментаторов.

Но ведь природа сама рождает такие частицы. Значит, они могут нам рассказать, что было в незапамятной древности? Большой взрыв? Сотворение Земли? Они видели тех, кто жил на ней до нас (если жил), видели пришельцев, которые бродили по нашей планете, когда на ней топтались динозавры? Да! Сможем ли мы заставить их «разговориться»? Давайте сначала поймем, о чем речь (это будет непросто, но мы постараемся быть максимально понятными).

КТО ЖИВЕТ НА ТЕТРАДНОМ ЛИСТКЕ

В далеком 1984 году будущий нобелевский лауреат Фрэнк Вильчек занимался своим любимым делом: сидел с листом бумаги и писал на ней формулы. Неожиданно он подумал: как бы выглядел плоский мир, с двумя измерениями? Каково жилось бы «людям на листке тетради»?

Расчеты показали, что это был бы очень странный мир. В частности, в нем должны существовать частицы с очень странными свойствами. Если в нашем мире есть, например, электроны, или фотоны, и ты электрон с фотоном не спутаешь (один в розетке, другой – свет), то там все кишело своего рода «арлекинами», «хамелеонами»: они при рождении принимали тот облик, какой хотели. Надевали любую маску и всю жизнь в ней ходили. Вильчек назвал их «энионами», от слова «any», «любой».

Энионы при этом могли заменять друг друга, как те сестры-близняшки, которые по очереди ходят на свидание с одним парнем. Тут через плечо Вильчека заглянул физик Энтони Зи, и, указав на одну формулу, произнес:

- Слушай, а ведь есть еще вариант, когда энионы не могут заменять друг друга, и в таком мире, если твои плоские люди учат математику, 3+2 не равно 2+3.

- Да ну, Тони, чушь какая-то, — сказал Вильчек.

Именно эту «чушь какую-то» произвела на свет команда исследователей несколько лет назад. Прошло каких-то сорок лет. Как раз потому, что такие частицы не могут даже поменяться местами, их «память» неубиваема: она словно вшита в пространство и время. Журналисты первым делом позвонили Вильчеку, и тот сказал «вау» (возможно, без особого энтузиазма).

ПОШЛИ ПО СЛЕДУ

Вскоре физик Алексей Китаев из Колтеха доказал, что плоский лист тут вообще ни причем: эти странные энионы вполне себе могут быть и в нашем мире. Вот только что они такое и как их найти?

Если физики не могут обнаружить саму частицу, они изучают следы. Именно на следах сосредоточился Китаев, и это дало начало квантовым компьютерам, которые рвут сейчас первые страницы научных журналов. Если в обычном смартфоне работают электроны, то есть частицы, квантовые компьютеры вычисляют с помощью следов, траекторий.

И тут, конечно, проявляется вся странность физики: хотя энионов никто не видел, их следы уже вовсю работали, потому что в мире стали строить один квантовый компьютер за другим. Физики научились натягивать на обычный электрон маску эниона, и заставляли его делать фантастические кульбиты. Это как если бы в цирке закончились львы – нарядим львом собаку, и пусть изображает. Близорукие зрители с задних рядов не заметят подмены.

Но собака – не лев, и именно по этой причине квантовые компьютеры работают в лабораториях, а не у вас в кармане. Они огромны, хрупки, нестабильны и только обещают прорыв, а пока – как сахарные куклы, красивы, но под дождь выставлять не надо.

ПОКА БУШЕВАЛА ПАНДЕМИЯ

Энионы открыли на исходе пандемийного 2020 года. Те, которые уже есть в нашем мире, в нашей природе. Высокое напряжение, низкие температуры, чувствительные детекторы – все, как любят современные физики. В камере Высшей нормальной школы (Франция) что-то рождалось, и это «что-то» вело себя именно так, как в свое время предсказали Вильчек и Китаев. Это были энионы.

И вот – окончательный триумф. Люди получили энион искусственно. Самое поразительное: когда мы слышим, что ученые получили новую частицу, мы в первую очередь думаем о Большой адронном коллайдере. Там сталкиваются пучки высоких энергий, и в этой «каше» варятся суперчастицы. Подземная громадина, над которой дороги, деревни и даже небольшие города – таков масштаб.

Энионы получили просто на столе, и породил их сам квантовый компьютер, то есть невнятное на вид устройство с лазерами и линзами. Потому что для эниона не нужны высокие энергии. Нужно глубокое понимание физики и работа с тонкими состояниями материи. Именно это и может квантовый компьютер. В чем его и сила: он не просто вычисляет, он сначала создает новую, квантовую реальность, а потом в ней работает. Мечта, а не прибор.

ВСПОМНИТЬ ВСЕ

Пока все кинулись, конечно, на вещи прикладные. Частицы, способные вечно хранить информацию – это же подарок для человечества. Связь, которую невозможно взломать (потому что у энионы, как разорванный листок с шифром, отдают свои тайны только тому, у кого оба кусочка). Информация, которую невозможно потереть или потерять: больше никаких поцарапанных компакт-дисков, размагниченных пленок и выцветших фотографий. Наконец, квантовые вычисления в каждый дом! – ведь квантовый компьютер на основе энионов так же стабилен, как обычный. Это, конечно, будет революция, наравне с появлением ПК на полках магазинов. Революция не где-то в лабораториях, а та, которую заметит всякий.

Но сможем ли мы «посмотреть на старые записи» и заставить энионы рассказать о далеком прошлом? Не гоните лошадей: когда пишутся эти строки, идет нешуточный спор, а настоящие ли энионы получили в лаборатории (помните собаку в виде льва – некоторые решили, что публике представили все-таки собаку). Скорее всего, физикам удастся доказать, что энионы «настоящие». И тут встают такие вопросы.

Мы говорили, что энионы отдают свои тайны только парами. Найти пару древних энионов не так просто, разлетелись. Но теоретически можно. Хорошо бы найти не одну, для полноты картины. Конечно, энион – не фотоаппарат, и картинку с динозаврами не покажет. Но он расскажет об условиях своего рождения. А по ним, косвенно, и картинку воссоздадим.

Но может, все только начинается, и реальность будет круче наших фантазий. Может, квантовый компьютер выжмет из энионов именно что картинку. И мы получим «машину времени в один конец». Если физика в школе вам казалась скучной, то – теперь-то ясно, что нет. В ней все самое веселое.