Šviesa iš tuštumos: nauji fizikų pasiekimai

Ši teorija rėmėsi seniai nustatytu faktu, kad tuščia erdvė iš tiesų nėra visai tuščia, o kupina atsirandančių ir išnykstančių dalelių. Tai vyksta dėl kvantinių dėsnių, kurie teigia, kad netgi vakuumas negali turėti lygiai nulį energijos, o jame turi vykti mažos energijos fluktuacijos. Šios fluktuacijos pasirodo, kaip trumpai gyvuojančių dalelių poros.

Šių „virtualių“ dalelių, dažniausiai – fotonų, aptikimą demonstruoja standartinis Kasimiro efektas, kur artinami du lygiagretūs veidrodžiai, ir taip esantys labai arti vienas šalia kito. Maža erdvė tarp veidrodžių riboja galinčių ten atsirasti virtualių fotonų skaičių. Kadangi daugiau fotonų atsiranda už šio tarpo ribų, spinduliavimo slėgis, veikiantis veidrodžius iš išorės yra didesnis, nei slėgis, veikiantis iš vidaus ir šių jėgų skirtumas galiausiai suglaudžia veidrodžius.

Kasimiro efektas. Dėl skirtingo virtualių fotonų slėgio plokštelės glaudžiasi

Nors šis eksperimentas netiesiogiai įrodo vakuume egzistuojančių fotonų egzistavimą, tačiau jų tiesiogiai neišgauna. Šia linkme didelį žingsnį į priekį žengė Krisas Vilsonas (Chris Wilson) su kolegomis Čalmerso technologijos universitete Gotenburge, Švedijoje. 2011 metų birželio mėnesį technologijos.lt rašė apie eksperimentą, kurio metu pirmą kartą pavyko ištraukti fotonus iš tuštumos.

Eksperimentui pritaikytas dinaminis Kasimiro efektas. Norint pasiekti efektą, reikia tik vieno metalinio veidrodžio, bet jis turi judėti greičiu, artimu šviesos greičiui per virtualių fotonų jūrų tuščioje erdvėje. Kadangi veidrodis yra laidininkas, fotonai – kaip elektromagnetinės dalelės – absorbuos dalį jo kinetinės energijos. Tada jie išspinduliuos šią papildomą energiją, sukurdami tikrų fotonų poras.

Suprantama, skraidinti veidrodį šviesos greičiu yra neįmanoma. Tad tyrėjai panaudojo superlaidžią elektros grandinę su osciliatoriumi, kuris sparčiai kaitaliojo atstumą, kurį elektronas turi nueiti grandine. Elektrono judėjimas nustatomas pagal vietą, kurioje grandinės elektrinis laukas susilpnėja iki nulio. Grandinės valdymui panaudotas superlaidus kvantinės interferencijos įrenginys (SQUID). Magnetinio lauko kryptis per sekundę pakeičiant keletą milijardų kartų, atsitinka taip, kad SQUID pirmyn ir atgal išsijudina greičiu, prilygstančiu maždaug 5 proc. šviesos greičio (plačiau Fizikams iš vakuumo pavyko išgauti šviesą). To pakako, kad veidrodis, kaip ir numatoma teorijoje, išspinduliuoja iš vakuumo išgautų mikrobangų fotonų. Deja, pirmo eksperimento metu išsiskiriančių fotonų kiekiai buvo pakankamai menki, kad eksperimento rezultatai būtų pritaikomi praktiškai.

Tačiau mokslininkų komanda nenuleido rankų ir atliko naujus bandymus, kuriuose sugebėjo dar labiau padidinti veidrodžio judėjimo greitį. Naujausio eksperimento metu mokslininkai galėjo keisti atstumą tarp elektrono ir nulinio lauko vietos taip greitai, kad veidrodis judėjimo greitis prilygo ketvirčiui šviesos greičio. Grandinėje ėmė spinduliuoti tikri fotonai (Nature, DOI: 10.1038/nature10561). „Dalelės atsirasdavo poromis, tiesiog iš vakuumo”, -  pasakojo Vilsonas.

„Tai buvo sunkus techninis eksperimentas“, - pabrėžia Vilsonas. „Buvome labai patenkinti, kai jis veikė.“

„Tai svarbus proveržis“, - sutinka ir Diegas Dalvitas (Diego Dalvit), fizikas iš Los Alamos Nacionalinės laboratorijos Niu Meksike. Virtualių fotonų energija yra kosmologų geriausias spėjimas, kas slypi už tamsiosios energijos, spartinančios visatos plėtimąsi.

Eksperimentas „atvers galimybę daryti kosmologinius eksperimentus ant stalo“, - tikisi Dalvitas.

Michael Brooks, New Scientist 2011 lapkritis 19-25