Første observation af den dynamiske Casimir-effekt

En af de mest overraskende forudsigelser i moderne kvanteteori er, at rummets vakuum ikke er tomt. Faktisk forudsiger kvanteteorien, at den vrimler med virtuelle partikler, der flyver ind og ud af eksistensen.

Så begynder Christopher Wilson fra Chalmers Universitet i Sverige og venner i deres vidunderligt læseværdige papir om et ret ekstraordinært stykke videnskab.

Denne malstrøm af kvanteaktivitet er langt fra godartet. Fysikere har siden 1948 vidst, at hvis to flade spejle holdes tæt sammen og parallelt med hinanden, vil de blive skubbet sammen af ​​disse virtuelle partikler.

Årsagen er ligetil. Når mellemrummet mellem spejlene er mindre end bølgelængden af ​​de virtuelle partikler, er de udelukket fra dette rum. Vakuumtrykket inde i mellemrummet er så mindre end uden for det, og dette tvinger spejlene.

Dette er statisk Casimir-effekten og den blev første gang målt i 1998 af to hold i USA.

Men der er et andet fænomen kaldet dynamisk Casimir-effekt, der aldrig er set.

Det opstår, når et spejl bevæger sig gennem rummet med relativistiske hastigheder. Her er hvad der sker. Ved lave hastigheder kan havet af virtuelle partikler nemt tilpasse sig spejlets bevægelse og fortsætte med at opstå i par og derefter forsvinde, efterhånden som de udsletter hinanden.

Men når spejlets hastighed begynder at matche fotonernes hastighed, med andre ord ved relativistiske hastigheder, bliver nogle fotoner adskilt fra deres partnere og bliver derfor ikke tilintetgjort. Disse virtuelle fotoner bliver så virkelige, og spejlet begynder at producere lys.

Det er teorien. Problemet i praksis er, at det er svært at få et almindeligt spejl til at bevæge sig med noget lignende relativistisk hastighed.

Men Wilson og co har et trick i ærmet. I stedet for et konventionelt spejl har de brugt en transmissionslinje forbundet til en superledende kvanteinterferensenhed eller SQUID. At fifle med SQUID ændrer den effektive elektriske længde af linjen, og denne ændring svarer til bevægelsen af ​​et elektromagnetisk spejl.

Ved at modulere SQUID ved GHz-hastigheder, bevæger spejlet sig frem og tilbage. For at få en idé om skala er transmissionsledningen kun 100 mikrometer lang, og spejlet bevæger sig over en afstand på omkring en nanometer. Men den hastighed, hvormed den gør dette, betyder, at den opnår hastigheder, der nærmer sig 5 procent lyshastighed.

Så efter at have perfektioneret deres spejlbevægelsesteknik, skal Wilson og co kun køle alt ned og derefter læne sig tilbage og lede efter fotoner. Sikkert nok har de set mikrobølgefotoner, der dukker op fra det bevægelige spejl, præcis som forudsagt.

De afslutter med en kort konklusion. Vi mener, at disse resultater repræsenterer den første eksperimentelle observation af den dynamiske Casimir-effekt.

Imponerende resultat!

Ref: arxiv.org/abs/1105.4714 : Observation af den dynamiske Casimir-effekt i et superledende kredsløb

skjule