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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(ji)于一個違反常(chang)規的量子(zi)(zi)力學重要原(yuan)則:真空并不(bu)“真空”,實(shi)際上(shang),真空中充滿了各(ge)種(zhong)不(bu)斷(duan)波(bo)動(dong)的粒(li)(li)子(zi)(zi)。它們出現后卻又(you)在瞬間消失,因此(ci)常(chang)被稱為虛擬粒(li)(li)子(zi)(zi)。物理(li)學家摩爾早在上(shang)世紀70年(nian)代就曾預言(yan),虛擬光子(zi)(zi)轉變成真實(shi)光子(zi)(zi)的現象將會發生。他認(ren)為,如果(guo)虛擬光子(zi)(zi)能從鏡(jing)(jing)子(zi)(zi)上(shang)反彈起來(lai),而鏡(jing)(jing)子(zi)(zi)是以近乎光速的速度移動(dong),上(shang)述情況就會發生。
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。
科研人員表示(shi),光子(zi)(zi)出(chu)(chu)現的原(yuan)因(yin)在于其自身缺(que)少質(zhi)量(liang),因(yin)此,激發出(chu)(chu)它們的虛擬狀態需要較少的能(neng)量(liang)。原(yuan)則上(shang)來說,還(huan)可以在真空中創造出(chu)(chu)其他(ta)粒子(zi)(zi),例如電子(zi)(zi)或質(zhi)子(zi)(zi)等,但(dan)這(zhe)需要更多的能(neng)量(liang)。
成(cheng)對光(guang)子的(de)研(yan)究成(cheng)果或可(ke)用于量(liang)子計(ji)算機等相關量(liang)子信息研(yan)究領域。然而(er),此次實驗的(de)主要價值在于增進人們(men)對于基礎(chu)物理(li)(li)概念的(de)了解,比(bi)如真空(kong)(kong)波(bo)動,即真空(kong)(kong)中瞬(shun)間(jian)出現并消(xiao)失(shi)的(de)虛擬粒子等。通(tong)(tong)常(chang)認為,真空(kong)(kong)波(bo)動與“暗能(neng)量(liang)”可(ke)能(neng)有關聯,促進了宇宙膨脹的(de)加速(su),而(er)這種加速(su)已(yi)通(tong)(tong)過(guo)今年的(de)諾貝爾物理(li)(li)學獎獲(huo)得了確認。