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科學家在真空中“變出”可測量的光

發布時間:2011-11-25 作者: 來源: 瀏覽:313298

      據美國物理學家組織網11月17日報道,瑞典查爾姆(mǔ)斯理工大學(xué)的科學家在真空中捕(bǔ)獲到了不斷出現和消失的光子,成功將(jiāng)虛擬光子轉變成真實光子,製成了可測量的光,首次觀測到40多年前就曾被預言的動(dòng)力學卡西米(mǐ)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。相關研(yán)究結果發表在最新(xīn)一(yī)期《自然(rán)》雜誌上。

      實驗(yàn)基於一個違反常規的量子力學重要原(yuán)則:真空並不“真空”,實際上,真空(kōng)中充滿了各種(zhǒng)不(bú)斷波動的粒子。它們出現後卻又在瞬間消失,因此常被稱(chēng)為虛擬粒(lì)子。物理學家摩爾早在上世紀70年代就曾預言,虛擬光子轉(zhuǎn)變成真實(shí)光子的現象(xiàng)將會(huì)發生。他認為,如果虛擬光子能(néng)從鏡子上反彈起(qǐ)來,而鏡子是以(yǐ)近乎光速的速度移動,上述情(qíng)況就會發生。

      由於鏡子不可能(néng)移動得如此之快,科研人(rén)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(lí),起到(dào)微波的鏡麵作用,而非改變到(dào)達鏡子的物理距離。這(zhè)個“鏡子”名為超導量子幹涉(shè)器(SQUID),其由量子電子元件構成,對磁場極其敏感。通過每秒數十億次改變磁場的方向,可使(shǐ)“鏡子(zǐ)”的振動速度達(dá)到光速的25%。鏡子也會將自身部分動能轉移給虛擬光子,這(zhè)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(chū)現(xiàn),科學(xué)家能夠以微波輻射的形式對其進行測量,構建(jiàn)出確實具有相同(tóng)特性的射線,如同量子理論所述(shù)。

      科研人員表(biǎo)示,光子出現的(de)原因在於其自身缺少質量,因此,激(jī)發出它(tā)們的虛擬狀態需要較少的能量。原則上來說,還可以在真空中創造出其他粒子,例如電(diàn)子(zǐ)或質子等,但這需要更多的能(néng)量。

      成對光子的研究(jiū)成果或可(kě)用於量子(zǐ)計(jì)算機等相關(guān)量子信息研究領域。然而,此次實驗的主要價值在於(yú)增進人們對於基礎(chǔ)物理概念的了解,比如真空波動,即真空(kōng)中(zhōng)瞬間出現並消失的虛擬粒子等。通常(cháng)認為,真空(kōng)波動與(yǔ)“暗能量”可能有關(guān)聯,促進了宇宙膨脹的加速,而這種加速已(yǐ)通過今年的諾貝爾物理學獎獲得了確認。

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