Ученые из Технического университета Чалмерса, Швеция, преуспели в том, чтобы создать свет из вакуума – наблюдение, что эффект сначала предсказал более чем 40 лет назад. В инновационном эксперименте ученым удалось захватить некоторые фотоны, которые постоянно появляются и исчезают в вакууме.Эксперимент ученых Чалмерса (Филип Крэнц / Чалмерс)
Эксперимент основан на одном из самых парадоксальных, все же, одном из самых важных принципов в квантовой механике: тот вакуум ни в коем случае не пустое небытие. На самом деле вакуум полон различных частиц, которые непрерывно колеблются в и из существования. Они появляются, существуют в течение краткого момента и затем исчезают снова. Так как их существование столь же мимолетное, они обычно упоминаются как виртуальные частицы.
Ученый Чалмерса, Кристофер Уилсон и его коллеги преуспели в том, чтобы заставить фотоны покидать свое виртуальное государство и становиться реальными фотонами, т.е. измеримым светом. Физик Мур предсказал путь назад в 1970, что это должно произойти, если виртуальным фотонам позволяют подпрыгнуть от зеркала, которое перемещается на скорости, которая почти так же высока как скорость света. Явление, известное как динамический эффект Казимира, теперь наблюдалось впервые в блестящем эксперименте, проводимом учеными Чалмерса.
“Так как не возможно заставить зеркало перемещаться достаточно быстро, мы разработали другой метод для достижения того же самого эффекта”, объясняет На Делсинга, профессора Экспериментальной Физики в Чалмерсе. “Вместо того, чтобы изменить физическое расстояние до зеркала, мы изменили электрическое расстояние до электрического короткого замыкания, которое действует как зеркало для микроволновых печей”.«Зеркало» состоит из квантового электронного компонента, называемого КАЛЬМАРОМ (Квантовое устройство вмешательства сверхпроводимости), который чрезвычайно чувствителен к магнитным полям. Изменяя направление магнитного поля несколько миллиардов времен секунда ученые смогли заставить «зеркало» вибрировать со скоростью максимум 25 процентов скорости света.“Результат состоял в том, что фотоны появились в парах от вакуума, который мы смогли измерить в форме микроволновой радиации”, говорит За Delsing. “Мы также смогли установить, что у радиации были точно те же самые свойства, что в квантовой теории говорится, что она должна иметь, когда фотоны появляются в парах таким образом”.
То, что происходит во время эксперимента, – то, что «зеркало» передает часть своей кинетической энергии к виртуальным фотонам, которая помогает им осуществиться. Согласно квантовой механике, есть много различных типов виртуальных частиц в вакууме, как отмечалось ранее.
Горан Йоханссон, Адъюнкт-профессор Теоретической Физики, объясняет, что причина, почему фотоны появляются в эксперименте, состоит в том, что они испытывают недостаток в массе.“Относительно мало энергии поэтому требуется, чтобы взволновать их из их виртуального государства. В принципе можно было также создать другие частицы из вакуума, такие как электроны или протоны, но это потребует намного большего количества энергии”.Ученые находят фотоны, которые появляются в парах в эксперименте, интересном учиться в более близких деталях.
Они могут, возможно, быть полезными в области исследования информации о кванте, которая включает разработку квантовых компьютеров.Однако главная ценность эксперимента состоит в том, что он увеличивает наше понимание основных физических понятий, таких как вакуумные колебания – постоянное появление и исчезновение виртуальных частиц в вакууме.
Считается, что у вакуумных колебаний может быть связь с «темной энергией», которая стимулирует ускоренное расширение Вселенной.