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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(yi)個違反常(chang)規(gui)的(de)量子(zi)(zi)力學重要原則:真(zhen)空并不“真(zhen)空”,實(shi)際(ji)上,真(zhen)空中(zhong)充滿了各種不斷波動的(de)粒(li)子(zi)(zi)。它們出現后卻(que)又(you)在瞬間(jian)消失,因此常(chang)被稱(cheng)為虛擬粒(li)子(zi)(zi)。物理(li)學家摩爾早在上世紀70年代就曾預言,虛擬光(guang)(guang)子(zi)(zi)轉變成真(zhen)實(shi)光(guang)(guang)子(zi)(zi)的(de)現象將會發生(sheng)。他認為,如果(guo)虛擬光(guang)(guang)子(zi)(zi)能從(cong)鏡子(zi)(zi)上反彈起來,而(er)鏡子(zi)(zi)是以(yi)近(jin)乎光(guang)(guang)速的(de)速度移動,上述情(qing)況就會發生(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。
科研人(ren)員(yuan)表示,光子出(chu)(chu)現的(de)原(yuan)因在于其自身(shen)缺少(shao)質(zhi)量,因此,激發出(chu)(chu)它(ta)們的(de)虛擬狀態需要(yao)較少(shao)的(de)能量。原(yuan)則上來說,還(huan)可以在真空(kong)中創造(zao)出(chu)(chu)其他粒子,例(li)如電子或質(zhi)子等,但這需要(yao)更多的(de)能量。
成對光子的(de)研究成果或可(ke)用于(yu)(yu)量子計算機等相關量子信息研究領域。然(ran)而,此(ci)次實驗的(de)主要價值在(zai)于(yu)(yu)增進人們對于(yu)(yu)基礎物理概(gai)念的(de)了解,比如真空(kong)波(bo)動(dong),即真空(kong)中瞬(shun)間出現并(bing)消(xiao)失的(de)虛擬粒子等。通常(chang)認為,真空(kong)波(bo)動(dong)與“暗能量”可(ke)能有關聯,促(cu)進了宇宙膨脹的(de)加速,而這種加速已通過今(jin)年的(de)諾貝爾(er)物理學獎獲得了確認。