Ученые впервые создали пары частица-античастица из вакуума

Исследователям из Манчестерского университета удалось увидеть так называемый эффект Швингера — неуловимый процесс в вакууме, который обычно происходит только в космических событиях.

Вакуум считается совершенно пустым пространством, в котором нет никакой материи или элементарных частиц. Однако 70 лет назад лауреат Нобелевской премии Джулиан Швингер предсказал, что сильные электрические или магнитные поля могут разрушать вакуум и спонтанно создавать элементарные частицы.

Для этого требуются поля действительно космической силы, возникающие  во время высокоэнергетических столкновений заряженных ядер. Экспериментальное исследование этих теоретических предсказаний было давней целью физики элементарных частиц.

Исследовательская группа, возглавляемая другим лауреатом Нобелевской премии, профессором сэром Андре Геймом в сотрудничестве с коллегами из Великобритании, Испании, США и Японии, использовала графен для имитации Швингеровского производства пар электронов и позитронов.

Ученые разработали из графена специальные устройства — сверхрешетки, которые позволили им получить исключительно сильные электрические поля в простой настольной установке. Исследователям удалось четко увидеть спонтанное образование пар электронов и дырок, и детали этого процесса хорошо согласовывались с теоретическими предсказаниями.

Ученые также наблюдали еще один необычный высокоэнергетический процесс, который пока не имеет аналогов в физике элементарных частиц и астрофизике. Они заполнили смоделированный вакуум электронами и разогнали их до максимальной скорости, допускаемой вакуумом графена — 1/300 скорости света. В этот момент произошло нечто, казалось бы, невозможное: электроны стали будто бы сверхсветящимися, обеспечивая напряжение электрического тока выше, чем это допускается общими правилами квантовой физики конденсированного состояния. Происхождение этого эффекта объяснялось самопроизвольной генерацией дополнительных носителей заряда. Теоретическое описание этого процесса, предоставленное исследовательской группой, сильно отличается от описания Швингера для вакуума.

«Люди обычно изучают электронные свойства, используя крошечные электрические поля, что упрощает анализ и теоретическое описание. Мы решили максимально увеличить напряженность электрических полей, используя различные экспериментальные приемы, чтобы не сжечь наши устройства», — рассказал автор исследования Алексей Бердуйгин.

«Когда мы впервые увидели впечатляющие характеристики наших устройств на сверхрешетках, мы подумали: “Вау… это может быть новым видом сверхпроводимости”. Хотя эта реакция очень похожа на ту, которую обычно наблюдаемую в сверхпроводниках, вскоре мы обнаружили, что загадочное поведение связано не со сверхпроводимостью, а скорее с чем-то из области астрофизики и физики элементарных частиц. Любопытно видеть такие параллели между далекими дисциплинами», — рассказал еще один ученый, доктор Рошан Кришна Кумар.

По словам физиков, исследование важно для разработки будущих электронных устройств на основе двумерных квантовых материалов.


Читать далее

Посмотрите на первый в мире одноступенчатый орбитальный корабль будущего

Три года ученые считали, что на юге Марса есть вода. Оказалось, это не так

Гиперзвуковой самолет на водороде развивает скорость до 12 Махов. Это почти 15 000 км/ч

Подписывайтесь
на наши каналы в Telegram

«Хайтек»новостионлайн

«Хайтек»Dailyновости 3 раза в день

Первая полоса
Астрономы сфотографировали «детство Вселенной» до появления галактик
Космос
Прощальные кадры: лунный модуль сфотографировал закат на Луне
Наука
Гены загадочных предков людей повлияли на работу мозга, показало исследование
Наука
В Петербурге открыли лабораторию для создания компьютеров, которые имитируют работу мозга
Наука
Телескоп «Евклид» показал 26 млн галактик: опубликованы первые результаты миссии
Космос
Крошечных морских животных увеличили в пять раз, чтобы рассмотреть их клетки
Наука
В Сеченовском Университете появится «умная» операционная 
Новости
Операторы связи начали заменять китайское оборудование на российское
Новости
В России хотят обязать использование отечественных процессоров для ИИ
Новости
Посмотрите на первого робота-гуманоида Nvidia в действии
Новости
Образцы с обратной стороны Луны показали, какой она была в прошлом
Космос
Морские интернет-кабели научились «прослушивать» на предмет саботажа
Новости
Нового рекорда на термоядерном синтезе добились в России
Наука
Российские ученые разработали материалы для памяти будущего  
Наука
Выяснилось, какие мутации ДНК ускоряют старение  
Наука
«Суперджет» с российскими двигателями ПД-8 впервые поднялся в воздух
Новости
Светочувствительные нановолокна ускорили рост нейронов  
Наука
ChatGPT может «заболеть» тревожностью и депрессией, но есть способ его «успокоить»  
Новости
Москва сократила выбросы углерода на 190 000 тонн благодаря электробусам  
Новости
Игуаны совершили рекордное путешествие миллионы лет назад: они проплыли по океану 8 000 км
Наука