Szwedzcy naukowcy stworzyli światło z próżni

Mówi się, że nie da się zrobić czegoś z niczego. O tym, że wcale tak być nie musi donoszą właśnie szwedzcy badacze z Uniwersytetu Technicznego Chalmers, którym udało się stworzyć światło z... próżni. Kolejna rewolucja w fizyce?

O tym, że próżnia tak naprawdę nie jest całkowicie pusta (według założeń mechaniki kwantowej) pisaliśmy już przy okazji . Szwedzi jednak nie sięgają aż po tak drastyczne środki.

Postanowili oni po prostu złapać część z tajemniczych fotonów, które wśród innych podobnych cząstek w próżni pojawiają się i znikają (w parach cząstka-antycząstka; anihilują się one wzajemnie) w tak niesamowitym tempie, że nigdy nie udało się dowieść ich istnienia (stąd nazywane są one cząstkami wirtualnymi).

Naukowcy z Göteborga zmusili kilka fotonów do opuszczenia stanu wirtualnego. Stały się one prawdziwymi fotonami - światłem, którego siłę możemy zmierzyć. Już w latach 70 XX wieku przewidziano taką możliwość zakładając, że wirtualne fotony odbite zostaną przez zwierciadło poruszające się z prędkością zbliżoną do prędkości światła. To zjawisko, nazwane efektem Casimira (od nazwiska holenderskiego fizyka Hendrika B. G. Casimira) udało się właśnie Szwedom stworzyć - choć w nieco inny sposób.

Ze względu na to, że nie jest możliwe zmuszenie lustra do poruszania się wystarczająco szybko, fizycy musieli wpaść na inny pomysł. Zastosowali więc oni "lustro" nazwane SQUID (Superconducting quantum interference device; w wolnym tłumaczeniu nadprzewodzące urządzenie zakłócenia kwantowego), które jest niezwykle wrażliwe na pole magnetyczne. Zmieniając kierunek tego pola kilka miliardów razy na sekundę naukowcy zmusili je do wibracji z prędkością wynoszącą około 25% prędkości światła.

W rezultacie fotony wyskakiwały w próżni w parach - tak jak zakładano - i fizycy mogli zbadać je na podstawie mikrofalowej radiacji. Radiacja ta odpowiadała dokładnie założeniom teorii kwantowych dotyczących pojawiania się tych fotonów.

Podczas eksperymentu "lustro" przekazało część swojej energii kinetycznej wirtualnym fotonom, pozwalając im tym samym na materializację. A czemu akurat udało się z próżni odzyskać fotony, a nie żadne inne cząstki? Odpowiedź jest bardzo prosta - fotony nie posiadają masy, a więc do "wyłowienia" ich z próżni potrzebna była relatywnie niewielka ilość energii. Do uzyskania w ten sposób protonów czy elektronów potrzeba by jej znacznie więcej.

Odkrycie to może być przełomem w rozwinięciu dziedziny informacji kwantowej, a więc także kwantowych komputerów. Przede wszystkim może ono nam pomóc lepiej zrozumieć zjawisko fluktuacji próżni - czyli ciągłego pojawiania się i znikania cząstek wirtualnych. Obecnie zakłada się, że może być ono powiązane bezpośrednio z ciemną energią, która wywołując ujemne ciśnienie powoduje rozszerzanie się Wszechświata, a póki co jest tylko hipotetyczną formą energii - domyślamy się, że ona istnieje, domyślamy się jak wygląda - lecz tak naprawdę nie wiemy o niej praktycznie nic.