Ученые добыли свет из вакуума

Шведские исследователи из университета Чалмерса преуспели в создании света из вакуума.

Эффект этот был спрогнозирован еще 40 лет назад. Результаты опубликованы в издании Nature. В ходе инновационного эксперимента ученым удалось поймать некоторые фотоны, которые постоянно появляются и исчезают в вакууме.

Эксперимент основан на одном из наиболее противоинтуитивных, и все же самых важных принципов в квантовой механике, который гласит, что вакуум не является пустотой. Фактически он полон различных частиц, которые непрерывно колеблются, то есть в течение краткого момента существуют, а затем исчезают. Поскольку их существование столь мимолетно, они именуются виртуальными частицами.

Ученые из университета Чалмерса Кристофер Уилсон с коллегами сумели сделать так, что фотоны из виртуальных стали постоянными, то есть измеримым светом. Физик Мур еще в 1970 году предсказал такую возможность: подобный переход произойдет, если виртуальные фотоны оттолкнутся от зеркала, движущегося со скоростью, почти равной скорости света. Явление, известное как динамический эффект Казимира, наблюдалось в ходе эксперимента, проведенного учеными из Чалмерса.

«Поскольку зеркало заставить перемещаться с такой скоростью невозможно, мы разработали другой метод для достижения того же эффекта», пояснил профессор экспериментальной физики Пер Дельсинг. «Вместо того, чтобы изменить физическое расстояние до зеркала, мы изменили электрическое расстояние до короткого замыкания, которое действует как зеркало для микроволновых печей».

Зеркало состоит из квантового электронного компонента под названием SQUID (сверхпроводящее квантовое интерференционное устройство), который чрезвычайно чувствителен к магнитным полям. Изменяя направление магнитного поля несколько миллиардов раз в секунду ученые сумели заставить зеркало вибрировать на скорости, достигающей до 25% скорости света.

«В итоге фотоны появились в парах из вакуума, и мы сумели измерить их в форме микроволнового излучения», сообщил Пер Дельсинг. «Также мы установили, что излучение обладает теми же свойствами, что и подразумевает квантовая теория относительно электронных пар, появившихся таким образом».

В ходе эксперимента зеркало часть своей кинетической энергии передало виртуальным фотонам, что помогло им стать реальными.

«В принципе, можно также создать из вакуума и другие частицы, такие как электроны и протоны, однако это потребует большего количества энергии», заметили ученые.

Исследователи полагают, что полученные описанным путем фотоны, возможно, окажутся полезными в сфере исследования квантовой информации, включая разработку квантовых компьютеров. Однако главная ценность эксперимента заключается в том, что он увеличивает наше понимание основных физических концепций, таких как вакуумные колебания — постоянное появление и исчезновения виртуальных частиц в вакууме. Считается, что у вакуумных колебаний есть связь с так называемой темной энергией, которая стимулирует ускоренное расширение Вселенной. Открытие этого ускорения было удостоено в текущем 2011 году Нобелевской премии по физике.

21.11.2011