Как осколки ядра договариваются о вращении экспресс
Тяжёлое атомное ядро калифорния-252 может самопроизвольно развалиться на два крупных осколка — это похоже на лопнувшую каплю воды. Но внутри такой капли действуют квантовые законы, и каждый осколок получает собственное вращение — спин. Физики давно подозревали, что спины осколков не случайны, а связаны друг с другом, словно партнёры в танце, которые должны двигаться согласованно.
В новом исследовании учёные просчитали, как именно форма ядра в момент разрыва влияет на этот танец. Если ядро остаётся симметричным, как идеальный мяч для регби, то спины осколков жёстко скоррелированы: вдоль оси деления они вращаются в противоположные стороны, будто два колеса, сцепленных шестерёнками, а поперёк — могут изгибаться или извиваться с равной вероятностью. Но стоит ядру потерять симметрию — например, стать слегка сплюснутым с одного бока, — и правила меняются. Вдоль оси разлёта связь между спинами слабеет, зато появляются новые, ранее запрещённые виды коллективного вращения.
Чтобы измерить степень согласованности, авторы применили анализ взаимной информации — метод, который позволяет оценить, насколько знание о спине одного осколка уменьшает неопределённость спина другого. Оказалось, что корреляции перпендикулярно оси деления удивительно устойчивы к нарушениям симметрии, а вот вдоль оси — быстро сходят на нет. Это открывает путь к пониманию того, как квантовая запутанность проявляется в одном из самых энергичных процессов в природе.
Спин осколка деления может достигать огромных значений — до 10-12 единиц постоянной Планка. Для сравнения, спин электрона всегда равен 1/2, а у протона — тоже 1/2. То есть осколок ядра может вращаться в десятки раз интенсивнее, чем элементарные частицы.
В романе «Анафем» Нила Стивенсона инопланетная цивилизация использует квантовую запутанность ядерных фрагментов для мгновенной связи через космос — почти как описанные здесь корреляции спинов.