Svetlo stvorené z ničoho

Popis prvého experimentálneho dôkazu jednej z najprekvapivejších predikcií modernej kvantovej fyziky prináša aktuálne vydanie prestížneho magazínu Nature.

To, že prázdny priestor nie je v skutočnosti prázdny je známym dôsledkom kvantovej fyziky. Podľa nej aj dokonalé vákuum obsahuje takzvané virtuálne častice. Tie sústavne z ničoho vznikajú a následne zanikajú. Jedným z  dôsledkov týchto fluktuácií vákua je aj vyparovanie čiernych dier objavené Stephenom Hawkingom. Najznámejším dôkazom existencie týchto častíc vznikajúcich z ničoho je Casimirov efekt. Pri ňom medzi dvoma kovovými veľmi blízkymi platňami vzniká sila, ktorá je dôsledkom toho, že medzi platňami vzniká menej virtuálnych častíc než na ich vonkajšej strane (medzi platňami môžu vzniknúť len virtuálne častice s vlnovou dĺžkou menšou než je vzdialenosť oboch platní). Výsledkom je sila tlačiaca obe platne k sebe. 

Credit: Emok

Klasický Casimirov efekt bol experimentálne potvrdený výskumnou skupinou Padovskej univerzity pred desiatimi rokmi. Teória však predpovedá aj dynamickú verziu Casimirovho efektu. Pri ňom vodivá platňa pohybujúca sa rýchlosťou blízkou rýchlosti svetla odovzdá časť svojej kinetickej energie virtuálnym fotónom, ktoré následne vyžiaria túto energiu vo forme párov reálnych fotónov.

Platňa pohybujúca sa rýchlosťou blízkou rýchlosti svetla je mimo možností súčasných technológií a tak autori experimentu z Chalmers University of Technology v Göteborgu pre overenie platnosti dynamického Casimirovho efektu použili supravodivý elektrický obvod s oscilátorom. Ten rýchlo (> 10GHz) menil  vzdialenosť, ktorú prekonávali elektróny v obvode. Pohyb elektrónov, respektíve vzdialenosti na ktoré sa pohybovali boli merané určovaním miest v elektrickom obvode kde elektrické pole kleslo na nulu. Vlastnosti obvodu boli kontrolované supravodivým kvantovým intereferenčným zariadením (SQUID). Vďaka nemu bolo možné meniť vzdialenosti medzi elektrónmi a miestom v obvode s nulovým elektrickým poľom tak rýchlo, že elektróny sa v obvode pohybovali rýchlosťou rovnou štvrtine rýchlosti svetla. To už bola dostatočná hodnota na to aby obvod emitoval reálne fotóny. Produkoval ich v pároch priamo z vákua.

Prvý krát tak bola experimentálne potvrdená možnosť vytvorenia niečoho z ničoho.

Zdroj: Nature, New Scientist, Chalmers University of Technology