Första observationen av den dynamiska Casimir-effekten

En av de mest överraskande förutsägelserna inom modern kvantteori är att rymdens vakuum inte är tomt. Faktum är att kvantteorin förutspår att det vimlar av virtuella partiklar som svävar in och ut ur existensen.

Så börjar Christopher Wilson från Chalmers högskola i Sverige och vänner i deras fantastiskt läsvärda tidning om en ganska extraordinär vetenskap.

Denna malström av kvantaktivitet är långt ifrån godartad. Fysiker har vetat sedan 1948 att om två platta speglar hålls nära varandra och parallella med varandra, kommer de att tryckas ihop av dessa virtuella partiklar.

Anledningen är okomplicerad. När gapet mellan speglarna är mindre än våglängden för de virtuella partiklarna utesluts de från detta utrymme. Vakuumtrycket inuti gapet är då mindre än utanför det och detta tvingar speglarna.

Det här är statisk Casimir-effekten och den mättes första gången 1998 av två team i USA.

Men det finns ett annat fenomen som kallas dynamiskt Casimir-effekt som aldrig har setts.

Det uppstår när en spegel rör sig genom rymden med relativistiska hastigheter. Här är vad som händer. Vid låga hastigheter kan havet av virtuella partiklar lätt anpassa sig till spegelns rörelse och fortsätta att existera i par och sedan försvinna när de förintar varandra.

Men när spegelns hastighet börjar matcha fotonernas hastighet, med andra ord vid relativistiska hastigheter, blir vissa fotoner separerade från sina partners och förintas därför inte. Dessa virtuella fotoner blir sedan verkliga och spegeln börjar producera ljus.

Det är teorin. Problemet i praktiken är att det är svårt att få en vanlig spegel att röra sig i något liknande relativistisk hastighet.

Men Wilson och co har ett trick i rockärmen. Istället för en konventionell spegel har de använt en transmissionsledning ansluten till en supraledande kvantinterferensenhet eller SQUID. Att pilla med SQUID ändrar den effektiva elektriska längden på linjen och denna förändring motsvarar rörelsen av en elektromagnetisk spegel.

Genom att modulera SQUID vid GHz-hastigheter, rör sig spegeln fram och tillbaka. För att få en uppfattning om skalan är transmissionsledningen bara 100 mikrometer lång och spegeln rör sig över ett avstånd på ungefär en nanometer. Men hastigheten med vilken den gör detta innebär att den når hastigheter som närmar sig 5 procent ljushastighet.

Så efter att ha fulländat sin spegelrörelseteknik behöver Wilson och co bara kyla ner allt och sedan luta sig tillbaka och leta efter fotoner. Visst, de har sett mikrovågsfotoner som dyker upp från den rörliga spegeln, precis som förutspått.

De avslutar med en kort avslutning. Vi tror att dessa resultat representerar den första experimentella observationen av den dynamiska Casimir-effekten.

Imponerande resultat!

Ref: arxiv.org/abs/1105.4714 : Observation av den dynamiska Casimir-effekten i en supraledande krets

Dölj