Κβαντικό πείραμα παράγει φως από το απόλυτο κενό

Επιβεβαιώνοντας μια θεωρητική πρόβλεψη της κβαντομηχανικής που είχε διατυπωθεί πριν από τέσσερις δεκαετίες, Σουηδοί ερευνητές κατάφεραν να παγιδεύσουν και να μετρήσουν μερικά από τα φωτόνια που εμφανίζονται και εξαφανίζονται αέναα μέσα στο κενό.

Μια από τις εντυπωσιακότερες ανακαλύψεις της κβαντικής φυσικής είναι ότι το κενό, δηλαδή ο άδειος χώρος, στην πραγματικότητα μόνο κενό δεν είναι: βρίθει από σωματίδια που εμφανίζονται για μια στιγμή και μετά εξαφανίζονται χωρίς να γίνουν αντιληπτά. Λόγω του φευγαλέου χαρακτήρα του, τα σωματίδια που εμφανίζονται στο κενό λόγω αυτών των «κβαντικών διακυμάνσεων» ονομάζονται συνήθως εικονικά σωματίδια.

Η τελευταία μελέτη, δημοσιευμένη στο περιοδικό Nature, επιβεβαιώνει για πρώτη φορά μια θεωρητική πρόβλεψη που αφορά τα εικονικά σωματίδια και ονομάζεται «φαινόμενο Κάσιμιρ».

Το 1970, οι φυσικοί προέβλεψαν ότι, με βάση το φαινόμενο Κάσιμιρ, εικονικά φωτόνια που εμφανίζονται στο κενό μπορούν να μετατραπούν σε «αληθινά» φωτόνια αν αναπηδήσουν στην επιφάνεια ενός καθρέπτη που κινείται σχεδόν με την ταχύτητα του φωτός.

«Δεδομένου ότι δεν είναι δυνατό να δημιουργήσουμε έναν καθρέπτη που κινείται αρκετά γρήγορα, αναπτύξαμε μια διαφορετική μέθοδο που δίνει τα ίδια αποτελέσματα» αναφέρει ο Περ Ντέλσινγκ, καθηγητής Πειραματικής Φυσικής στο Πανεπιστήμιο «Τσάλμερς» του Γκέτεμποργκ.

«Αντί να μεταβάλλουμε την φυσική απόσταση από έναν καθρέπτη, μεταβάλλαμε την ηλεκτρική απόσταση από ένα ηλεκτρικό κύκλωμα που λειτουργούσε ως καθρέπτης για τα μικροκύματα».

Ο «καθρέπτης» αυτός αποτελείται από μια συσκευή, εξαιρετικά ευαίσθητη στα μαγνητικά πεδία, η οποία ονομάζεται SQUID ή «υπεραγώγιμη συσκευή κβαντικής παρεμβολής». Αλλάζοντας την κατεύθυνση ενός μαγνητικού πεδίου δισεκατομμύρια φορές το δευτερόλεπτο, οι ερευνητές δημιούργησαν έναν εικονικό καθρέπτη που ταλαντώνεται με το 25% της ταχύτητας του φωτός.

«Το αποτέλεσμα ήταν να εμφανιστούν από το κενό ζεύγη φωτονίων, τα οποία μπορέσαμε να μετρήσουμε υπό τη μορφή ακτινοβολίας μικροκυμάτων» αναφέρει ο Ντέλσινγκ. Το αόρατο αυτό φως «είχε ακριβώς τις ίδιες ιδιότητες με αυτές που θα προέβλεπε η κβαντική θεωρία» διαβεβαιώνει.

Αυτό που συνέβη στη διάρκεια του πειράματος ήταν ότι ο καθρέπτης μετέφερε στα εικονικά φωτόνια ένα μέρος της κινητικής του ενέργειας, εμποδίζοντας έτσι την εξαφάνισή τους.

Το κενό περιέχει βέβαια όχι μόνο φωτόνια αλλά και άλλα φευγαλέα σωματίδια, τα οποία δεν παρατηρήθηκαν στο πείραμα. Η διαφορά είναι ότι τα φωτόνια δεν έχουν μάζα, οπότε χρειάζονται λιγότερη ενέργεια για να «υλοποιηθούν».

Η έρευνα δεν έχει μεν προφανείς πρακτικές εφαρμογές, σύμφωνα όμως με τους ερευνητές βελτιώνει τις γνώσεις μας για θεμελιώδη φαινόμενα όπως οι κβαντικές διακυμάνσεις.

Στο απώτερο μέλλον, φωτόνια που προκύπτουν από το τίποτα θα μπορούσαν να αξιοποιηθούν στο ερευνητικό πεδίο της κβαντικής πληροφορίας, το οποίο περιλαμβάνει την ανάπτυξη των λεγόμενων κβαντικών υπολογιστών.

Newsroom ΑΛΤΕΡ ΕΓΚΟ