Οι φυσικοί προβλέπουν έναν τρόπο συμπίεσης του φωτός από το κενό του κενού χώρου
Μιλήστε για να πάρετε κάτι για το τίποτα. Οι φυσικοί προβλέπουν ότι μόνο με την εκτόξευση φορτισμένων σωματιδίων μέσω ενός ηλεκτρομαγνητικού πεδίου, θα πρέπει να είναι δυνατή η παραγωγή φωτός από το κενό κενό. Κατ' αρχήν, το φαινόμενο θα μπορούσε να προσφέρει έναν νέο τρόπο για να δοκιμαστεί η θεμελιώδης θεωρία του ηλεκτρισμού και του μαγνητισμού, γνωστή ως κβαντική ηλεκτροδυναμική, η πιο ακριβής θεωρία σε όλη την επιστήμη. Στην πράξη, ο εντοπισμός του φαινομένου θα απαιτούσε λέιζερ και επιταχυντές σωματιδίων πολύ πιο ισχυρούς από οποιονδήποτε υπάρχει τώρα.
«Είμαι αρκετά σίγουρος για [την πρόβλεψη] απλώς και μόνο επειδή συνδυάζει αποτελέσματα που καταλαβαίνουμε αρκετά καλά», λέει ο Ben King, φυσικός σωματιδίων λέιζερ στο Πανεπιστήμιο του Plymouth στο Ηνωμένο Βασίλειο, ο οποίος δεν συμμετείχε στη νέα ανάλυση. Ωστόσο, λέει, μια πειραματική επίδειξη «είναι κάτι για το μέλλον».
Οι φυσικοί γνώριζαν από καιρό ότι τα ενεργητικά φορτισμένα σωματίδια μπορούν να ακτινοβολούν φως όταν περνούν με φερμουάρ μέσα από ένα διαφανές μέσο όπως το νερό ή ένα αέριο. Στο μέσο, το φως ταξιδεύει πιο αργά από ό,τι στον κενό χώρο, επιτρέποντας σε ένα σωματίδιο όπως ένα ηλεκτρόνιο ή ένα πρωτόνιο να πετάξει δυνητικά πιο γρήγορα από το φως. Όταν συμβεί αυτό, το σωματίδιο δημιουργεί ένα ηλεκτρομαγνητικό κρουστικό κύμα, όπως ένας υπερηχητικός πίδακας δημιουργεί ένα ωστικό κύμα στον αέρα. Αλλά ενώ το κρουστικό κύμα του πίδακα δημιουργεί μια ηχητική έκρηξη, το ηλεκτρομαγνητικό κρουστικό κύμα δημιουργεί φως που ονομάζεται ακτινοβολία Cherenkov. Αυτό το φαινόμενο κάνει το νερό στους πυρήνες των πυρηνικών αντιδραστήρων να λάμπει μπλε και έχει χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή ανιχνευτών σωματιδίων.
Ωστόσο, θα πρέπει να είναι δυνατό να αφαιρέσουμε το υλικό και να παράγουμε φως Cherenkov κατευθείαν από το κενό, προβλέπουν ο Dino Jaroszynski, ένας φυσικός στο Πανεπιστήμιο του Strathclyde στη Γλασκώβη, στο Ηνωμένο Βασίλειο, και οι συνεργάτες του. Το κόλπο είναι να εκτοξεύσεις τα σωματίδια μέσα από ένα εξαιρετικά έντονο ηλεκτρομαγνητικό πεδίο.
Σύμφωνα με την κβαντική θεωρία, το κενό κυλάει με τα ζεύγη σωματιδίων-αντισωματιδίων να εισέρχονται και να φεύγουν πολύ γρήγορα για να παρατηρηθεί άμεσα. Η εφαρμογή ενός ισχυρού ηλεκτρομαγνητικού πεδίου μπορεί να πολώσει αυτά τα ζεύγη, ωστόσο, ωθώντας θετικά και αρνητικά σωματίδια σε αντίθετες κατευθύνσεις. Στη συνέχεια, τα φωτόνια που διέρχονται αλληλεπιδρούν με τα ζεύγη που δεν υπάρχουν, έτσι ώστε το πολωμένο κενό να λειτουργεί κάπως σαν ένα διαφανές μέσο στο οποίο το φως ταξιδεύει ελαφρώς πιο αργά από ό,τι σε ένα συνηθισμένο κενό, υπολογίζουν ο Jaroszynski και οι συνεργάτες του.
Βάζοντας δύο και δύο μαζί, ένα ενεργειακό φορτισμένο σωματίδιο που διέρχεται από ένα επαρκώς ισχυρό ηλεκτρομαγνητικό πεδίο θα πρέπει να παράγει ακτινοβολία Cherenkov, αναφέρει η ομάδα σε ένα έγγραφο που δημοσιεύεται στο Physical Review Letters . Άλλοι είχαν προτείνει ότι η ακτινοβολία Cherenkov κενού θα έπρεπε να υπάρχει σε ορισμένες περιπτώσεις, αλλά η νέα εργασία ακολουθεί μια πιο θεμελιώδη και περιεκτική προσέγγιση, λέει ο Adam Noble, φυσικός στο Strathclyde.
Ο εντοπισμός της ακτινοβολίας Cherenkov κενού θα ήταν δύσκολος. Πρώτον, το πολωμένο κενό επιβραδύνει το φως κατά ένα μικρό ποσό. Τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία στους ισχυρότερους παλμούς φωτός λέιζερ μειώνουν την ταχύτητα του φωτός κατά περίπου ένα εκατομμυριοστό του τοις εκατό, εκτιμά η Noble. Συγκριτικά, το νερό μειώνει την ταχύτητα του φωτός κατά 25%. Δεύτερον, τα φορτισμένα σωματίδια σε ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο στριφογυρίζουν και εκπέμπουν ένα άλλο είδος φωτός που ονομάζεται ακτινοβολία συγχρόνου, η οποία, στις περισσότερες περιπτώσεις, θα πρέπει να κατακλύζει την ακτινοβολία Cherenkov.
Ωστόσο, κατ' αρχήν, θα πρέπει να είναι δυνατή η παραγωγή ακτινοβολίας Cherenkov κενού με την εκτόξευση ηλεκτρονίων ή πρωτονίων υψηλής ενέργειας μέσω επικαλυπτόμενων παλμών από τα λέιζερ υψηλότερης έντασης στον κόσμο, τα οποία μπορούν να συσκευάσουν ένα petawatt, ή 10 watt, ισχύος. Ωστόσο, ο Jaroszynski και οι συνεργάτες του υπολογίζουν ότι σε τέτοια πεδία, ακόμη και σωματίδια από τους υψηλότερους ενεργειακούς επιταχυντές στον κόσμο θα παρήγαγαν πολύ περισσότερη ακτινοβολία σύγχροτρον από την ακτινοβολία Cherenkov.
Το διάστημα θα μπορούσε να είναι ένα άλλο μέρος για να αναζητήσετε το αποτέλεσμα. Τα πρωτόνια εξαιρετικά υψηλής ενέργειας που διέρχονται από το έντονο μαγνητικό πεδίο ενός περιστρεφόμενου αστέρα νετρονίων -γνωστό και ως πάλσαρ- θα πρέπει να παράγουν περισσότερη ακτινοβολία Cherenkov από ακτινοβολία σύγχροτρον, προβλέπουν οι ερευνητές. Ωστόσο, τα πάλσαρ δεν παράγουν πολλά πρωτόνια υψηλής ενέργειας, λέει η Άλις Χάρντινγκ, αστροφυσικός στο Κέντρο Διαστημικών Πτήσεων Γκόνταρντ της NASA στο Greenbelt του Μέριλαντ, και τα σωματίδια που εισέρχονται στο μαγνητικό πεδίο ενός πάλσαρ θα πρέπει να χάνουν γρήγορα ενέργεια και να σπειρώνονται αντί να κουμπώνουν. το. "Δεν είμαι τρομερά ενθουσιασμένη με την προοπτική για πάλσαρ", λέει.
Ωστόσο, λέει ο King, οι πειραματιστές μπορεί να δουν το αποτέλεσμα κάποια μέρα. Οι φυσικοί στην Ευρώπη κατασκευάζουν ένα τρίο λέιζερ 10 petawatt στη Ρουμανία, την Ουγγαρία και την Τσεχική Δημοκρατία, και οι αντίστοιχοι στην Κίνα αναπτύσσουν ένα λέιζερ 100 petawatt. Οι επιστήμονες προσπαθούν επίσης να δημιουργήσουν συμπαγείς επιταχυντές με λέιζερ που θα μπορούσαν να παράγουν πολύ πιο ενεργητικές δέσμες σωματιδίων πολύ φθηνότερα. Εάν αυτά τα πράγματα ενωθούν, οι φυσικοί μπορεί να είναι σε θέση να εντοπίσουν την ακτινοβολία Cherenkov κενού, λέει ο King.
Άλλοι επινοούν διαφορετικούς τρόπους για να χρησιμοποιήσουν λέιζερ υψηλής ισχύος για να ανιχνεύσουν το πολωμένο κενό. Ο απώτερος στόχος μιας τέτοιας εργασίας είναι να δοκιμάσει την κβαντική ηλεκτροδυναμική με νέους τρόπους, λέει ο King. Οι πειραματιστές επιβεβαίωσαν ότι οι προβλέψεις της θεωρίας είναι ακριβείς σε λίγα μέρη στο δισεκατομμύριο. Αλλά η θεωρία δεν έχει δοκιμαστεί ποτέ στη σφαίρα των εξαιρετικά ισχυρών πεδίων, λέει ο King, και τέτοιες δοκιμές γίνονται τώρα δυνατές. "Το μέλλον αυτού του τομέα είναι αρκετά συναρπαστικό."
