Pierwsza obserwacja dynamicznego efektu Casimira

Jednym z najbardziej zaskakujących przewidywań współczesnej teorii kwantów jest to, że próżnia kosmiczna nie jest pusta. W rzeczywistości teoria kwantowa przewiduje, że roi się od wirtualnych cząstek, które pojawiają się i znikają.

Tak więc rozpocznijcie Christopher Wilson z Chalmers University w Szwecji i jego przyjaciele w ich cudownie czytelnym artykule o dość niezwykłym dziele nauki.

Ten wir aktywności kwantowej wcale nie jest łagodny. Fizycy już od 1948 roku wiedzieli, że jeśli dwa płaskie lustra są trzymane blisko siebie i równolegle do siebie, zostaną zepchnięte przez te wirtualne cząstki.

Powód jest prosty. Gdy szczelina między lustrami jest mniejsza niż długość fali cząstek wirtualnych, są one wykluczane z tej przestrzeni. Podciśnienie wewnątrz szczeliny jest wtedy mniejsze niż na zewnątrz, co wymusza lusterka.

To jest statyczny Efekt Casimira został po raz pierwszy zmierzony w 1998 roku przez dwa zespoły w USA.

Ale jest jeszcze inne zjawisko zwane dynamiczny Efekt Casimira, którego nigdy nie widziano.

Występuje, gdy lustro porusza się w przestrzeni z relatywistyczną prędkością. Oto, co się dzieje. Przy małych prędkościach morze wirtualnych cząstek może łatwo dostosować się do ruchu lustra i dalej powstawać parami, a następnie znikać, niszcząc się nawzajem.

Ale kiedy prędkość lustra zaczyna dopasowywać się do prędkości fotonów, innymi słowy przy prędkościach relatywistycznych, niektóre fotony zostają oddzielone od swoich partnerów i nie ulegają anihilacji. Te wirtualne fotony stają się wtedy prawdziwe, a lustro zaczyna wytwarzać światło.

Taka jest teoria. W praktyce problem polega na tym, że trudno jest sprawić, by zwykłe lustro poruszało się z prędkością podobną do relatywistycznej.

Ale Wilson i spółka mają asa w rękawie. Zamiast konwencjonalnego lustra, zastosowali linię transmisyjną podłączoną do nadprzewodzącego urządzenia interferencyjnego kwantowego lub SQUID. Majstrowanie przy SQUID-ie zmienia efektywną długość elektryczną linii, a zmiana ta jest równoważna ruchowi lustra elektromagnetycznego.

Modulując SQUID z częstotliwością GHz, lustro porusza się tam iz powrotem. Aby zorientować się w skali, linia transmisyjna ma tylko 100 mikrometrów długości, a lustro porusza się na odległość około nanometra. Ale tempo, w jakim to robi, oznacza, że ​​osiąga prędkość zbliżoną do 5 procent prędkości światła.

Tak więc, po udoskonaleniu techniki przesuwania zwierciadeł, Wilson i spółka muszą wszystko ochłodzić, a następnie usiąść i poszukać fotonów. Rzeczywiście, zgodnie z przewidywaniami zauważyli fotony mikrofalowe wyłaniające się z ruchomego lustra.

Kończą się krótkim zakończeniem. Uważamy, że wyniki te reprezentują pierwszą eksperymentalną obserwację dynamicznego efektu Casimira.

Imponujący wynik!

Nr ref.: arxiv.org/abs/1105.4714 : Obserwacja dynamicznego efektu Casimira w obwodzie nadprzewodzącym

ukryć