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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。
實驗基于一個(ge)違反常規的(de)量子(zi)力學(xue)重要原(yuan)則:真(zhen)空并不(bu)“真(zhen)空”,實際上(shang),真(zhen)空中充(chong)滿了各種(zhong)不(bu)斷波動的(de)粒子(zi)。它們出現后卻又在瞬間消失,因此常被稱為(wei)虛(xu)擬粒子(zi)。物(wu)理學(xue)家摩(mo)爾早在上(shang)世紀70年代就(jiu)曾預言,虛(xu)擬光(guang)子(zi)轉變成真(zhen)實光(guang)子(zi)的(de)現象將會(hui)發生(sheng)。他認(ren)為(wei),如果虛(xu)擬光(guang)子(zi)能從鏡子(zi)上(shang)反彈起來,而鏡子(zi)是(shi)以近乎光(guang)速的(de)速度移動,上(shang)述情(qing)況就(jiu)會(hui)發生(sheng)。
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,光子出現的(de)(de)原(yuan)因在于其自(zi)身缺少質量(liang),因此,激(ji)發(fa)出它們的(de)(de)虛擬狀態需要較少的(de)(de)能(neng)量(liang)。原(yuan)則上來說,還可以(yi)在真空中創造出其他粒子,例(li)如電(dian)子或質子等,但這需要更多的(de)(de)能(neng)量(liang)。
成對光子(zi)的(de)研(yan)究(jiu)(jiu)成果或可用于(yu)(yu)量(liang)子(zi)計(ji)算機等相關(guan)(guan)量(liang)子(zi)信息研(yan)究(jiu)(jiu)領(ling)域(yu)。然而,此次實驗的(de)主要價值(zhi)在于(yu)(yu)增進人們(men)對于(yu)(yu)基礎物(wu)理概念的(de)了(le)解,比如真(zhen)空(kong)(kong)波動(dong),即真(zhen)空(kong)(kong)中(zhong)瞬間(jian)出現并消失(shi)的(de)虛擬(ni)粒子(zi)等。通常(chang)認為,真(zhen)空(kong)(kong)波動(dong)與“暗能量(liang)”可能有(you)關(guan)(guan)聯,促進了(le)宇(yu)宙膨脹(zhang)的(de)加速(su),而這種加速(su)已通過今年(nian)的(de)諾貝爾物(wu)理學獎獲(huo)得了(le)確(que)認。