Физики впервые получили изображения квантовых флуктуаций пустого пространства

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Новость | Наука и космос

Команда ученых под руководством Яньшэна Чжана из Кембриджского университета получила прямые двумерные изображения квантовых флуктуаций в искусственно созданном квантовом поле. Для визуализации фундаментального шума пространства исследователи охладили облако атомов калия-39 почти до абсолютного нуля, переведя его в состояние конденсата Бозе — Эйнштейна. Результаты исследования подтвердили теоретические предсказания квантовой теории поля и предоставили рабочий инструмент для лабораторного моделирования процессов ранней Вселенной.

Автор: Google Источник: gemini.google.com

В классической физике вакуум считается абсолютной пустотой, полностью лишенной материи и энергии. Квантовая механика описывает его иначе. Из-за принципа неопределенности Гейзенберга физические параметры поля не могут иметь строго фиксированные нулевые значения в каждый момент времени. Поэтому даже в наинизшем энергетическом состоянии квантовое поле непрерывно колеблется. Эти микроскопические случайные возмущения постоянно возникают и исчезают, формируя пространственную рябь.

Ранее наука регистрировала квантовые флуктуации исключительно по косвенным признакам. К их проявлениям относятся эффект Казимира, притягивающий незаряженные зеркала на сверхмалых дистанциях, спонтанный переход возбужденных атомов на нижние энергетические уровни и лэмбовский сдвиг в спектре водорода. В космологии реликтовые квантовые неоднородности вакуума рассматриваются как первичные зародыши, из которых в эпоху космической инфляции сформировались галактики. Прямая фиксация пространственного распределения этих колебаний долгое время оставалась нерешенной задачей.

Для проведения измерений кембриджские ученые сконструировали аналоговую квантовую систему на основе ультрахолодного газа. Они создали однородный плоский конденсат Бозе — Эйнштейна, содержащий два когерентно связанных спиновых состояния. В этой среде атомы объединяются в общую квантовую волну, а спиновые степени свободы ведут себя как самостоятельное квантовое поле.

Прямая визуализация квантового вакуума: исследователи показали, как ведут себя и развиваются во времени микроскопические всплески энергии в искусственно созданном квантовом поле.
Прямая визуализация квантового вакуума: исследователи показали, как ведут себя и развиваются во времени микроскопические всплески энергии в искусственно созданном квантовом поле.
Автор: Zhang et al. Источник: www.sciencealert.com

Специалисты подобрали условия, при которых взаимодействия между частицами начали доминировать над межатомным связыванием. В таком режиме поведение системы в точности описывается уравнениями массивного релятивистского поля синус-Гордона. Затем исследователи перевели систему в основное состояние и плавно снизили мощность связи между компонентами. Это действие усилило пространственные вариации и позволило зарегистрировать их с помощью оптических детекторов.

Полученные кадры зафиксировали случайные структуры на разных масштабных уровнях одновременно. Зависимость амплитуды флуктуаций от их длины волны полностью совпала с теоретическими расчетами для вакуумного состояния релятивистского поля.

Созданная экспериментальная платформа открывает путь к исследованию нелинейных релятивистских явлений без применения масштабных ускорителей. Режим синус-Гордона дает возможность изучать непертурбативные эффекты и неравновесную динамику, расчет которых на современных суперкомпьютерах наталкивается на вычислительные ограничения. В перспективе метод поможет изучать квантовые процессы вблизи горизонтов черных дыр и поведение материи в первые доли секунды после Большого взрыва.

Источник: physicsworld.com

Автор не входит в состав редакции iXBT.com (подробнее »)

0 комментариев

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Что делать, если на вас напал индюк: три ошибки при встрече с наглой птицей

Взрослый самец индюка весит до 16-18 килограммов и на короткой дистанции развивает скорость до 30 километров в час. При этом в прыжке он бьет роговыми шпорами длиной до трех сантиметров, метя на...

Почему популяция серебряного карася может состоять из одних самок: как устроен гиногенез

В рыболовной практике средней полосы России есть наблюдение, с которым регулярно сталкиваются при чистке улова серебряного карася: из пятидесяти пойманных рыб все пятьдесят оказываются самками с...

Зачем в СССР к пельменям подавали 25 граммов уксуса и почему сейчас вкус кажется слишком резким

Когда я впервые услышала про пельмени с уксусом, сочетание показалось мне странным. К горячим пельменям привычнее добавить сметану или сливочное масло, а уксус обычно вспоминается во время домашних...

Сколько весят все здания на Земле? Расчет 606 млн построек показал: городам нельзя расти выше 7 этажей

Суммарная масса всех зданий, построенных людьми на планете, составляет 835 миллиардов тонн. Это число сложно представить, поэтому исследователи приводят конкретный физический факт: масса всей...

Обзор 100% магнитной клавиатуры EPOMAKER HE108 — тихая и стильная

Полноразмерные механические клавиатуры постепенно становятся редкостью, уступая место компактным форматам 75% и 80%. Однако многим пользователям по-прежнему нужны все привычные клавиши, удобная...

Обзор смартфона Cubot A50: кого он мне напоминает?

Бюджетный смартфон Cubot A50 явно пытается мимикрировать под более элитный аналог. Правда кроме внешки, ничем похожим на этот аналог тут даже и не пахнет. Перед нами обычный бюджетник, собранный на...