Τεχνολογία-Νέες Εφαρμογές

Φως δημιουργήθηκε από κενό: το φαινόμενο Casimir παρατηρήθηκε σε υπεραγώγιμο κύκλωμα

Επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο Chalmers του Γκέτεμποργκ έχουν καταφέρει να δημιουργήσουν φως από το κενό – παρατηρώντας ένα φαινόμενο που πρώτη φορά προβλέφθηκε πριν από 40 χρόνια περίπου. Σε ένα πρωτοποριακό πείραμα, κατάφεραν να συλλάβουν μερικά από τα φωτόνια που συνεχώς εμφανίζονται και εξαφανίζονται στο κενό.

Επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο Chalmers του Γκέτεμποργκ έχουν καταφέρει να δημιουργήσουν φως από το κενό – παρατηρώντας ένα φαινόμενο που πρώτη φορά προβλέφθηκε πριν από 40 χρόνια περίπου. Σε ένα πρωτοποριακό πείραμα, κατάφεραν να συλλάβουν μερικά από τα φωτόνια που συνεχώς εμφανίζονται και εξαφανίζονται στο κενό.

light-from-vacuum Σε πειράματα τα εικονικά φωτόνια ανακλώνται από ένα "καθρέφτη" που δονείται με μια ταχύτητα που είναι σχεδόν ίδια με την ταχύτητα του φωτός. Ο στρογγυλός καθρέφτης στην εικόνα είναι ένα σύμβολο, και κάτω από αυτό είναι ένα κβαντικό ηλεκτρονικό εξάρτημα, που ονομάζεται SQUID, και το οποίο λειτουργεί ως κάτοπτρο. Αυτό καταφέρνει να εμφανίζονται πραγματικά φωτόνια σε ​​ζεύγη μέσα στο κενό αέρος.

Τα αποτελέσματα δημοσιεύονται στο περιοδικό Nature.

Το πείραμα βασίζεται σε μία από τις πιο αντιφατικές, αλλά, μία από τις πιο σημαντικές αρχές στην κβαντική μηχανική: ότι το κενό δεν είναι με τίποτα κενό. Στην πραγματικότητα, το κενό είναι γεμάτο από διάφορα εικονικά (virtual) σωματίδια που συνεχώς εμφανίζονται και εξαφανίζονται. Εμφανίζονται, υπάρχοντας για μια στιγμή και αμέσως μετά εξαφανίζονται και πάλι. Δεδομένου ότι η ύπαρξή τους είναι τόσο φευγαλέα, συνήθως αναφέρονται ως εικονικά σωματίδια.

Ο Christopher Wilson και οι συνεργάτες του στο Πανεπιστήμιο Chalmers έχουν καταφέρει τα φωτόνια να αφήσουν την εικονική κατάσταση τους και να γίνουν πραγματικά, δηλαδή μετρήσιμο φως. Ο φυσικός Moore προέβλεψε το 1970 ότι αυτό θα συμβεί εάν τα εικονικά φωτόνια μπορούν να αναπηδήσουν πάνω σε ένα κάτοπτρο που κινείται με μια ταχύτητα σχεδόν όση και η ταχύτητα του φωτός. Το φαινόμενο, γνωστό ως δυναμικό φαινόμενο Casimir, έχει παρατηρηθεί τώρα για πρώτη φορά σε ένα λαμπρό πείραμα, που πραγματοποιήθηκε από τους Σουηδούς επιστήμονες.

"Δεδομένου ότι δεν είναι δυνατό να κάνουμε ένα κάτοπτρο να κινηθεί αρκετά γρήγορα, έχουμε αναπτύξει μια άλλη μέθοδος για να επιτευχθεί το ίδιο αποτέλεσμα”, εξηγεί ο Per Delsing, καθηγητής Πειραματικής Φυσικής στο ίδιο πανεπιστήμιο. “Αντί να διαφοροποιείται η απόσταση από έναν καθρέφτη, έχουμε διαφοροποίηση της ηλεκτρικής απόστασης σε ένα ηλεκτρικό βραχυκύκλωμα, που λειτουργεί ως καθρέφτης για μικροκύματα."

Ο "καθρέφτης" αποτελείται από ένα κβαντικό ηλεκτρονικό εξάρτημα που αναφέρεται ως SQUID (Υπεραγώγιμη κβαντική συσκευή συμβολής), το οποίο είναι εξαιρετικά ευαίσθητο σε μαγνητικά πεδία. Αλλάζοντας την κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου αρκετά δισεκατομμύρια φορές το δευτερόλεπτο οι επιστήμονες ήταν σε θέση να καταφέρουν τον "καθρέφτη" να δονείται με ταχύτητα έως και 25 τοις εκατό της ταχύτητας του φωτός.

"Το αποτέλεσμα ήταν ότι τα φωτόνια εμφανίστηκε σε ζεύγη από το κενό, που είχαμε την ευκαιρία να μετρήσουμε, με τη μορφή της ακτινοβολίας μικροκυμάτων," λέει ο Per Delsing. "Ήμασταν επίσης σε θέση να αποδείξουμε ότι η ακτινοβολία είχε ακριβώς τις ίδιες ιδιότητες που προβλέπει η κβαντική θεωρία, όταν τα φωτόνια εμφανίζονται σε ζευγάρια με αυτόν τον τρόπο."

Αυτό που συμβαίνει κατά τη διάρκεια του πειράματος είναι ότι ο «καθρέφτης» μεταφέρει ένα ποσοστό από την κινητική ενέργεια του στα εικονικά φωτόνια, που τα βοηθά να γίνουν πραγματικά. Σύμφωνα με την κβαντομηχανική, υπάρχουν πολλοί διαφορετικοί τύποι εικονικών σωματιδίων στο κενό, όπως αναφέρθηκε νωρίτερα. Ο Göran Johansson, αναπληρωτής Καθηγητής Θεωρητικής Φυσικής, εξηγεί ότι ο λόγος που τα φωτόνια εμφανίζονται στο πείραμα είναι ότι δεν έχουν μάζα.

"Ως εκ τούτου απαιτείται σχετικά μικρή ενέργεια για να τα διεγείρει από την εικονική κατάσταση τους. Κατ ‘αρχήν, θα μπορούσε κανείς να δημιουργήσει και άλλα σωματίδια από το κενό, όπως ηλεκτρόνια και πρωτόνια, αλλά αυτό θα απαιτούσε πολύ περισσότερη ενέργεια."

Οι επιστήμονες βρίσκουν ότι τα φωτόνια που εμφανίζονται σε ζεύγη στο πείραμα, έχουν ενδιαφέρον να μελετηθούν λεπτομερέστερα. Μπορούν ίσως να είναι χρήσιμα στον τομέα της έρευνας των κβαντικών πληροφοριών, η οποία περιλαμβάνει την ανάπτυξη των κβαντικών υπολογιστών.

Ωστόσο, η κύρια αξία του πειράματος είναι ότι αυξάνει την κατανόησή μας για τις βασικές φυσικές έννοιες, όπως τις διακυμάνσεις του κενού – η συνεχής εμφάνιση και εξαφάνιση των εικονικών σωματιδίων στο κενό. Πιστεύεται ότι οι διακυμάνσεις του κενού μπορεί να έχουν μια σύνδεση με την "σκοτεινή ενέργεια" που αναγκάζει την διαστολή του σύμπαντος να επιταχύνεται. Η ανακάλυψη αυτής της επιτάχυνσης αναγνωρίστηκε φέτος με την απονομή του Νόμπελ Φυσικής.

Πηγή: ScienceDaily

About the author

physics4u

Απάντηση