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瑞典查尔姆斯理工大学:在真空中将虚拟光子“变成”可测量的光
来源:美国物理学家组织网 | 作者:张巍巍 | 2011/11/22 15:11:14 | 浏览:1146 | 评论:0

  瑞典查尔姆斯理工大学的科学家在真空中捕获到了不断出现和消失的光子,成功将虚拟光子转变成真实光子,制成了可测量的光,首次观测到40多年前就曾被预言的动力学卡西米尔效应,即平行金属板在辐射场真空态中存在吸引力的现象。相关研究结果发表在最新一期《自然》杂志上。

  实验基于一个违反常规的量子力学重要原则:真空并不“真空”,实际上,真空中充满了各种不断波动的粒子。它们出现后却又在瞬间消失,因此常被称为虚拟粒子。物理学家摩尔早在上世纪70年代就曾预言,虚拟光子转变成真实光子的现象将会发生。他认为,如果虚拟光子能从镜子上反弹起来,而镜子是以近乎光速的速度移动,上述情况就会发生。

  由于镜子不可能移动得如此之快,科研人员采用另一种方法实现了相同效应:通过改变到达超导电路的电距离,起到微波的镜面作用,而非改变到达镜子的物理距离。这个“镜子”名为超导量子干涉器(SQUID),其由量子电子元件构成,对磁场极其敏感。通过每秒数十亿次改变磁场的方向,可使“镜子”的振动速度达到光速的25%。镜子也会将自身部分动能转移给虚拟光子,这将促使它们突然出现。实验结果显示,光子会在真空中成对出现,科学家能够以微波辐射的形式对其进行测量,构建出确实具有相同特性的射线,如同量子理论所述。

  科研人员表示,光子出现的原因在于其自身缺少质量,因此,激发出它们的虚拟状态需要较少的能量。原则上来说,还可以在真空中创造出其他粒子,例如电子或质子等,但这需要更多的能量。

  成对光子的研究成果或可用于量子计算机等相关量子信息研究领域。然而,此次实验的主要价值在于增进人们对于基础物理概念的了解,比如真空波动,即真空中瞬间出现并消失的虚拟粒子等。通常认为,真空波动与“暗能量”可能有关联,促进了宇宙膨胀的加速,而这种加速已通过今年的诺贝尔物理学奖获得了确认。

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