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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)于一個違反常規的量(liang)子(zi)力學重要原則(ze):真空并不(bu)(bu)“真空”,實(shi)際上,真空中充滿了各種(zhong)不(bu)(bu)斷波動的粒子(zi)。它(ta)們出現后卻(que)又在瞬間消失(shi),因此(ci)常被稱為虛擬粒子(zi)。物理(li)學家摩(mo)爾早在上世紀70年代(dai)就(jiu)曾預言,虛擬光(guang)子(zi)轉(zhuan)變(bian)成真實(shi)光(guang)子(zi)的現象將會發生。他認為,如果虛擬光(guang)子(zi)能(neng)從鏡(jing)子(zi)上反彈(dan)起(qi)來,而鏡(jing)子(zi)是(shi)以近乎光(guang)速的速度(du)移動,上述情況就(jiu)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(yan)人員表示,光子(zi)(zi)出(chu)現的原因在于其自(zi)身缺少(shao)質(zhi)量,因此,激(ji)發(fa)出(chu)它們的虛(xu)擬(ni)狀態需要較少(shao)的能量。原則上(shang)來說,還可以在真空中(zhong)創造出(chu)其他粒子(zi)(zi),例如電子(zi)(zi)或質(zhi)子(zi)(zi)等,但這需要更多的能量。
成(cheng)對光子(zi)的(de)研究成(cheng)果或(huo)可(ke)用于量子(zi)計算(suan)機(ji)等相關量子(zi)信息研究領域。然(ran)而,此次實驗的(de)主要價值在于增進(jin)人們(men)對于基(ji)礎物(wu)理概念的(de)了解,比如(ru)真空(kong)波動,即真空(kong)中瞬間(jian)出現(xian)并消失的(de)虛擬粒子(zi)等。通常(chang)認(ren)為,真空(kong)波動與“暗(an)能量”可(ke)能有關聯,促進(jin)了宇宙膨脹的(de)加速,而這種加速已通過今年的(de)諾貝爾物(wu)理學(xue)獎獲得(de)了確認(ren)。