Signali iz praznega prostora: Fiziki uspejo neposredno odkriti fluktuacije vakuuma | 2020

Vsebina:

Anonim

Obstoj vakuumskih fluktuacij je že znan iz teorije, kot izhaja iz Heisenbergovega načela negotovosti, ki je eden glavnih stebrov kvantne fizike. To načelo narekuje, da električna in magnetna polja ne morejo istočasno izginiti. Posledično je celo popolna tema polna končnih fluktuacij elektromagnetnega polja, ki predstavljajo kvantno osnovno stanje svetlobe in radijskih valov. Vendar se je doslej neposredni eksperimentalni dokaz tega osnovnega pojava štel za nemogoče. Namesto tega se običajno domneva, da se vakuumska nihanja v naravi izražajo le posredno. Iz spontane emisije svetlobe z vzbujenimi atomi, npr. v fluorescentni cevi vplivajo na strukturo vesolja v času velikega poka: to so le nekateri primeri, ki poudarjajo vseprisotno vlogo koncepta vakuumskih nihanj v sodobnem fizičnem opisu sveta.

Eksperimentalna priprava za merjenje električnih polj z izjemno visoko časovno ločljivostjo in občutljivostjo je omogočila neposredno zaznavanje fluktuacij vakuuma kljub nasprotnim predpostavkam. Svetovni vodilni optični tehnologiji in ultrakratki impulzni laserski sistemi izjemne stabilnosti zagotavljajo potrebno znanje za to študijo. Raziskovalna skupina Univerze v Konstanzu je te tehnologije razvila sama in tudi natančen opis rezultatov, ki temeljijo na kvantni teoriji polja. Časovna natančnost, dosežena v njihovem eksperimentu, je v femtosekundnem razponu - milijoninko milijardne tretjine sekunde. Občutljivost je omejena le z načeli kvantne fizike. "Ta izjemna natančnost nam je omogočila, da smo prvič videli, da smo nenehno obkroženi s področji elektromagnetnih fluktuacij vakuuma," povzema Alfred Leitenstorfer.

"Kar je znanstveno presenetljivo in posebno zanimivo v naših meritvah, je, da pridobimo neposreden dostop do osnovnega stanja kvantnega sistema, ne da bi ga spreminjali, na primer s pomnoževanjem do končne intenzivnosti," pojasnjuje Leitenstorfer. Sam je bil osupel zaradi rezultatov raziskav: "Imeli smo nekaj let včasih neprespanih noči - vse možnosti potencialno motečih signalov je bilo treba izključiti," se smeji fizik. "Vse skupaj smo ugotovili, da je naš dostop do elementarnih časovnih skal, krajši od obdobja nihanja svetlobnih valov, ki jih preučujemo, ključ za razumevanje presenetljivih možnosti, ki jih odpira naš eksperiment."

Evropski raziskovalni svet podpira ta projekt z "Advanced Grant ERC".