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更新時間:2011-11-26
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據美國物理學家組織網11月17日報道,瑞典查爾姆斯理工大學的科學家在真空中捕獲到了不斷出現和消失的光子,成功將虛擬光子轉變成真實光子,制成了可測量的光,觀測到40多年前就曾被預言的動力學卡西米爾效應,即平行金屬板在輻射場真空態中存在吸引力的現象。(高溫泵)相關研究結果發表在一期《自然》雜志上。
實(shi)驗基于一個(ge)違反常規的(de)(de)量子(zi)(zi)力學重要原則:真(zhen)(zhen)空(kong)(kong)并不“真(zhen)(zhen)空(kong)(kong)”,實(shi)際上(shang),真(zhen)(zhen)空(kong)(kong)中充滿(man)了各種不斷波動的(de)(de)粒(li)子(zi)(zi)。它們出現后卻又在(zai)瞬間消失,因此(ci)常被稱為虛擬(ni)粒(li)子(zi)(zi)。物理(li)學家摩爾早在(zai)上(shang)世紀70年(nian)代(dai)就曾預言,虛擬(ni)光(guang)子(zi)(zi)轉變成真(zhen)(zhen)實(shi)光(guang)子(zi)(zi)的(de)(de)現象將(jiang)會(hui)發(fa)生。他認為,如果(guo)虛擬(ni)光(guang)子(zi)(zi)能從鏡(jing)子(zi)(zi)上(shang)反彈起來,而鏡(jing)子(zi)(zi)是以近乎光(guang)速的(de)(de)速度移動,上(shang)述情況就會(hui)發(fa)生。
由于鏡子不可能移動得如此之快,科研人員采用另一種方法實現了相同效應:通過改變到達超導電路的電距離,起到微波的鏡面作用,而非改變到達鏡子的物理距離。這個“鏡子”名為超導量子干涉器(SQUID),其由量子電子元件構成,對磁場極其敏感。(高溫水泵)通過每秒數十億次改變磁場的方向,可使“鏡子”的振動速度達到光速的25%。鏡子也會將自身部分動能轉移給虛擬光子,這將促使它們突然出現。實驗結果顯示,光子會在真空中成對出現,科學家能夠以微波輻射的形式對其進行測量,構建出確實具有相同特性的射線,如同量子理論所述。
科(ke)研人員表示,光(guang)子出(chu)現的原因(yin)在于其自身缺少質(zhi)量,因(yin)此(ci),激發出(chu)它們(men)的虛擬(ni)狀態(tai)需(xu)要較(jiao)少的能量。原則上來說,還可(ke)以在真空中創(chuang)造出(chu)其他(ta)粒子,例如電子或質(zhi)子等,但這(zhe)需(xu)要更多(duo)的能量。
成對光子(zi)(zi)(zi)的(de)(de)研究成果或可(ke)用于(yu)量子(zi)(zi)(zi)計算機等(deng)相關(guan)量子(zi)(zi)(zi)信(xin)息研究領域。然而,此(ci)次(ci)實驗的(de)(de)主要價值在于(yu)增(zeng)進人們(men)對于(yu)基礎(chu)物理概念的(de)(de)了(le)解,比如真(zhen)空波動,即(ji)真(zhen)空中瞬間出現(xian)并消失的(de)(de)虛(xu)擬粒(li)子(zi)(zi)(zi)等(deng)。通常認(ren)為,真(zhen)空波動與(yu)“暗能(neng)量”可(ke)能(neng)有關(guan)聯(lian),促進了(le)宇宙膨脹(zhang)的(de)(de)加(jia)速(su),而這種加(jia)速(su)已(yi)通過今年的(de)(de)諾貝爾物理學(xue)獎獲得了(le)確認(ren)。