Для некоторых физиков измерение спектра крошечных волн, образующих пустое пространство, было основной целью в течение десятилетий. Физики из ETH Zurich первыми смогли использовать лазерные импульсы, чтобы понять квантовую природу вакуума и измерить абсолютную пустоту. Об этом пишет ScienceAlert.
В исследовании говорится: то, что мы берем за полное отсутствие материи и радиации, является бесконечным полем вероятности, из которого возникают частицы. Фактически существует поле для каждой элементарной частицы, просто ожидающее достаточной энергии, чтобы определить ключевые особенности ее существования.
Согласно квантовым законам, все эти частицы ограничены странным правилом — когда некоторые возможности увеличиваются, другие вынуждены сокращаться. Например, частица может находиться в точном месте, но она будет иметь неопределенный импульс. Или наоборот. Этот принцип неопределенности относится не только к частицам, но и к самому квантовому полю.
Вакуумные флуктуации электромагнитного поля имеют четко видимые последствия и, помимо прочего, ответственны за тот факт, что атом может самопроизвольно излучать свет.
Физик Илеана-Кристина Бенея-Хелмус из Института квантовой электроники в ETH Цюриха
Традиционные детекторы света, которыми можно было бы измерить подобное поле, не работают в вакууме — он представляет собой низкое энергетическое состояние физической системы, дальнейшая энергия из которой не может быть извлечена.
Вместо того, чтобы измерить передачу энергии из пустого поля, команда разработала способ поиска сигнатуры ее тонких вероятностных сдвигов в поляризации фотонов.
Сравнивая два лазерных импульса длительностью всего лишь в триллионную долю секунды, посылаемых через очень холодный кристалл в разное время и в разных местах, команда могла выяснить, как пустое пространство между атомами кристалла влияет на свет.
При этом изменение в сигнале было настолько маленьким, что ученым пришлось проводить этот эксперимент очень много раз, чтобы убедиться в их постоянстве.
Какими бы незначительными ни были конечные результаты, измерения позволили им определить точный спектр электромагнитного поля в его основном состоянии.