Капля чернил падает в стакан воды, и от неё разбегаются круги. Вода кажется простой, но если заглянуть внутрь, каждая молекула не просто летит вперёд — она ещё и вращается, как крошечный волчок. Это собственное вращение частиц физики называют спином. Обычно его не замечают: в спокойной воде волчки крутятся как попало, и их вращение не сказывается на движении всей жидкости.
Но в раскалённой плазме, которая возникает при столкновении ядер в ускорителях, спины частиц выстраиваются в одном направлении. Тогда жидкость начинает вести себя необычно: волны в ней идут по-разному вдоль и поперёк общего вращения. Авторы новой работы проверили, как именно спин меняет законы распространения волн. Они обнаружили, что в одном направлении появляются особые типы колебаний, которых нет в других. А при очень коротких волнах теория давала сбой: скорость волны оказывалась больше скорости света, что запрещено.
Чтобы исправить ситуацию, учёные использовали более строгую модель, которая заранее запрещает сверхсветовые сигналы. Оказалось, что при наличии спина условия устойчивости и причинности (когда следствие не опережает причину) выполняются не всегда. Всё зависит от того, насколько сильно закручены частицы. Если спиновая плотность велика, то описание остаётся корректным лишь в ограниченной области.
Эта работа — шаг к пониманию того, как ведёт себя материя в самых горячих точках Вселенной: сразу после Большого взрыва или внутри нейтронных звёзд. Там вещество закручено до предела, и без учёта спина не обойтись.
Спин частицы измеряется в единицах постоянной Планка, и для электрона он всегда равен 1/2. Это значит, что электрон нужно «повернуть» дважды, чтобы он вернулся в исходное состояние — как если бы монета становилась орлом только после двух полных оборотов в руке.