Tehát az üresség megszűnik üresség lenni
A vákuum az a hely, ahol még ha nem is látod, sok minden történik. Ahhoz azonban, hogy pontosan megtudjuk, mire van szükség, akkora energia, hogy egészen a közelmúltig lehetetlennek tűnt a tudósok számára, hogy a virtuális részecskék világába nézzenek. Amikor egyesek megállnak egy ilyen helyzetben, lehetetlen, hogy mások arra ösztönözzék őket, hogy próbálkozzanak.
A kvantumelmélet szerint az üres teret virtuális részecskék töltik meg, amelyek lét és nemlét között pulzálnak. Ezenkívül teljesen észrevehetetlenek – hacsak nem volt valami erős, hogy megtaláljuk őket.
"Általában, amikor az emberek vákuumról beszélnek, akkor valami teljesen üresre gondolnak" - mondta Mattias Marklund elméleti fizikus, a svédországi göteborgi Chalmers Műszaki Egyetem munkatársa a NewScientist januári számában.
Kiderült, hogy a lézer képes megmutatni, hogy egyáltalán nem olyan üres.
Elektron statisztikai értelemben
A virtuális részecskék egy matematikai fogalom a kvantumtérelméletekben. Ezek olyan fizikai részecskék, amelyek kölcsönhatásokon keresztül nyilvánítják meg jelenlétüket, de megsértik a tömeg héjának elvét.
A virtuális részecskék megjelennek Richard Feynman munkáiban. Elmélete szerint minden fizikai részecske valójában virtuális részecskék konglomerátuma. A fizikai elektron valójában egy virtuális elektron, amely virtuális fotonokat bocsát ki, amelyek virtuális elektron-pozitron párokká bomlanak, amelyek viszont kölcsönhatásba lépnek a virtuális fotonokkal – és így tovább a végtelenségig. A „fizikai” elektron virtuális elektronok, pozitronok, fotonok és esetleg más részecskék közötti kölcsönhatás folyamatos folyamata. Az elektron „valósága” statisztikai fogalom. Lehetetlen megmondani, hogy ennek a készletnek melyik része az igazi. Csak azt tudjuk, hogy mindezen részecskék töltéseinek összege az elektron töltését eredményezi (vagyis leegyszerűsítve eggyel több virtuális elektronnak kell lennie, mint amennyi virtuális pozitronnak van), és hogy a tömegek összege az összes részecske létrehozza az elektron tömegét.
A vákuumban elektron-pozitron párok jönnek létre. Bármely pozitív töltésű részecske, például egy proton, vonzza ezeket a virtuális elektronokat és taszítja a pozitronokat (virtuális fotonok segítségével). Ezt a jelenséget vákuumpolarizációnak nevezik. Proton által elforgatott elektron-pozitron párok
kis dipólusokat képeznek, amelyek elektromos mezőjükkel megváltoztatják a proton mezőjét. Az általunk mért proton elektromos töltése tehát nem magának a protonnak, hanem az egész rendszernek, beleértve a virtuális párokat is.
Lézerrel vákuumba
Az ok, amiért úgy gondoljuk, hogy virtuális részecskék léteznek, a kvantumelektrodinamika (QED) alapjaira nyúlik vissza, amely a fizika egy olyan ága, amely a fotonok és az elektronok kölcsönhatását próbálja megmagyarázni. Ennek az elméletnek az 30-as években történő kidolgozása óta a fizikusok azon töprengenek, hogyan kezeljék a matematikailag szükséges, de nem látható, hallható és nem érezhető részecskék problémáját.
A QED azt mutatja, hogy elméletileg, ha kellõen erõs elektromos teret hozunk létre, akkor a virtuális kísérõ elektronok (vagy egy statisztikai konglomerátumot alkotó elektronok) felfedik jelenlétüket, és lehetõvé válik a detektálásuk. Az ehhez szükséges energiának el kell érnie és meg kell haladnia a Schwinger-határként ismert határt, amelyen túl – ahogyan ez képletesen is van kifejezve – a vákuum elveszti klasszikus tulajdonságait, és megszűnik „üres” lenni. Miért nem ilyen egyszerű? A feltételezések szerint a szükséges energiamennyiségnek annyinak kell lennie, mint amennyi a világ összes erőműve által termelt összenergia - újabb milliárdszor.
A dolog elérhetetlennek tűnik. Mint kiderült azonban nem feltétlenül, ha az ultrarövid, nagy intenzitású optikai impulzusok lézertechnikáját alkalmazzuk, amelyet az 80-as években fejlesztettek ki a tavalyi Nobel-díjasok, Gérard Mourou és Donna Strickland. Mourou maga nyíltan azt mondta, hogy az ezekben a lézeres szuperlövésekben elért giga-, tera-, sőt petawattos teljesítmények lehetőséget teremtenek a vákuum megtörésére. Koncepciói az európai alapokból támogatott, Romániában kidolgozott Extreme Light Infrastructure (ELI) projektben testesültek meg. Bukarest közelében két 10 petawattos lézer található, amelyeket a tudósok a Schwinger-határ leküzdésére akarnak használni.
Azonban még ha sikerül is áttörnünk az energiakorlátokat, az eredmény - és az, ami végül a fizikusok szemében fog látszani - továbbra is nagyon bizonytalan. A virtuális részecskék esetében a kutatási módszertan kezd kudarcot vallani, a számításoknak már nincs értelme. Egy egyszerű számítás azt is mutatja, hogy a két ELI lézer túl kevés energiát termel. Még négy kombinált köteg is 10 XNUMX-szer kevesebb a szükségesnél. A tudósokat azonban ez nem veszi el, mert ezt a mágikus határt nem egy éles egyszeri határnak, hanem a változás fokozatos területének tekintik. Így kisebb energiaadagok mellett is reménykednek némi virtuális effektusban.
A kutatóknak különféle ötleteik vannak a lézersugarak erősítésére. Az egyik a fénysebességgel haladó, visszaverő és erősítő tükrök meglehetősen egzotikus koncepciója. Az egyéb ötletek közé tartozik a nyalábok felerősítése fotonsugarak elektronsugarakkal való ütköztetésével, vagy lézersugarak ütköztetése, amelyet a kínai extrémfény-állomás kutatóközpontjának tudósai Sanghajban szeretnének megvalósítani. A fotonok vagy elektronok nagyszerű ütköztetője egy új és érdekes koncepció, amelyet érdemes megfigyelni.
