Kështu që ajo zbrazëti pushon së qeni zbrazëti
Një vakum është një vend ku, edhe nëse nuk e shihni, ndodhin shumë. Megjithatë, për të zbuluar saktësisht se çfarë duhet është aq shumë energji saqë deri vonë dukej e pamundur për shkencëtarët të shikonin botën e grimcave virtuale. Kur disa njerëz ndalen në një situatë të tillë, është e pamundur që të tjerët t'i inkurajojnë ata të provojnë.
Sipas teorisë kuantike, hapësira boshe është e mbushur me grimca virtuale që pulsojnë midis qenies dhe mosqenies. Ato janë gjithashtu plotësisht të pazbulueshme - përveç nëse kishim diçka të fuqishme për t'i gjetur.
"Zakonisht, kur njerëzit flasin për një vakum, ata nënkuptojnë diçka që është plotësisht bosh," tha fizikani teorik Mattias Marklund i Universitetit të Teknologjisë Chalmers në Goteborg, Suedi, në numrin e janarit të NewScientist.
Rezulton se lazeri mund të tregojë se nuk është aspak bosh.
Elektroni në kuptimin statistikor
Grimcat virtuale janë një koncept matematikor në teoritë kuantike të fushës. Ato janë grimca fizike që manifestojnë praninë e tyre përmes ndërveprimeve, por shkelin parimin e guaskës së masës.
Grimcat virtuale shfaqen në veprat e Richard Feynman. Sipas teorisë së tij, çdo grimcë fizike është në fakt një konglomerat i grimcave virtuale. Një elektron fizik është në fakt një elektron virtual që lëshon fotone virtuale, të cilat zbërthehen në çifte virtuale elektron-pozitron, të cilat nga ana e tyre ndërveprojnë me fotonet virtuale - e kështu me radhë pafundësisht. Elektroni "fizik" është një proces i vazhdueshëm i ndërveprimit midis elektroneve virtuale, pozitroneve, fotoneve dhe ndoshta grimcave të tjera. "Realiteti" i një elektroni është një koncept statistikor. Është e pamundur të thuhet se cila pjesë e këtij grupi është vërtet reale. Dihet vetëm se shuma e ngarkesave të të gjitha këtyre grimcave rezulton në ngarkesën e elektronit (d.m.th., për ta thënë thjesht, duhet të ketë një elektron virtual më shumë se sa ka pozitronet virtuale) dhe se shuma e masave të të gjitha grimcat krijojnë masën e elektronit.
Çiftet elektron-pozitron formohen në vakum. Çdo grimcë e ngarkuar pozitivisht, p.sh. një proton, do t'i tërheqë këto elektrone virtuale dhe do të zmbrapsë pozitronet (me ndihmën e fotoneve virtuale). Ky fenomen quhet polarizimi i vakumit. Çiftet elektron-pozitron rrotullohen nga një proton
ato formojnë dipole të vogla të cilat ndryshojnë fushën e protonit me fushën e tyre elektrike. Ngarkesa elektrike e protonit që matim nuk është pra e vetë protonit, por e të gjithë sistemit, duke përfshirë çiftet virtuale.
Një lazer në një vakum
Arsyeja pse ne besojmë se ekzistojnë grimcat virtuale shkon prapa në themelet e elektrodinamikës kuantike (QED), një degë e fizikës që përpiqet të shpjegojë ndërveprimin e fotoneve me elektronet. Që kur kjo teori u zhvillua në vitet 30, fizikanët kanë pyetur veten se si të merren me problemin e grimcave që janë matematikisht të nevojshme, por që nuk mund të shihen, dëgjohen ose ndjehen.
QED tregon se teorikisht, nëse krijojmë një fushë elektrike mjaft të fortë, atëherë elektronet virtuale shoqëruese (ose përbëjnë një konglomerat statistikor të quajtur elektron) do të zbulojnë praninë e tyre dhe do të jetë e mundur t'i zbulojmë ato. Energjia e nevojshme për këtë duhet të arrijë dhe të kalojë kufirin e njohur si kufiri i Schwingerit, përtej të cilit, siç shprehet në mënyrë figurative, vakuumi humbet vetitë e tij klasike dhe pushon së qeni "bosh". Pse nuk është kaq e thjeshtë? Sipas supozimeve, sasia e kërkuar e energjisë duhet të jetë sa energjia totale e prodhuar nga të gjitha termocentralet në botë - një miliardë herë të tjera.
Gjëja duket përtej mundësive tona. Megjithatë, siç rezulton, jo domosdoshmërisht nëse përdoret teknika lazer e pulseve optike ultra të shkurtra, me intensitet të lartë, e zhvilluar në vitet 80 nga fituesit e çmimit Nobel të vitit të kaluar, Gérard Mourou dhe Donna Strickland. Vetë Mourou ka thënë hapur se fuqitë giga-, tera-, madje edhe petawatt të arritura në këto supershots lazer krijojnë një mundësi për të thyer vakumin. Konceptet e tij u mishëruan në projektin e Infrastrukturës së Dritës Ekstreme (ELI), i mbështetur nga fondet evropiane dhe i zhvilluar në Rumani. Ka dy lazer 10-petawat pranë Bukureshtit që shkencëtarët duan t'i përdorin për të kapërcyer kufirin e Schwinger.
Megjithatë, edhe nëse arrijmë të thyejmë kufizimet e energjisë, rezultati - dhe ajo që përfundimisht do të duket në sytë e fizikantëve - mbetet shumë e pasigurt. Në rastin e grimcave virtuale, metodologjia e kërkimit fillon të dështojë dhe llogaritjet nuk kanë më kuptim. Një llogaritje e thjeshtë tregon gjithashtu se dy lazerët ELI gjenerojnë shumë pak energji. Edhe katër pako të kombinuara janë ende 10 herë më pak se sa duhet. Sidoqoftë, shkencëtarët nuk janë të dekurajuar nga kjo, sepse ata e konsiderojnë këtë kufi magjik jo një kufi të mprehtë të vetëm, por një zonë graduale ndryshimi. Kështu që ata shpresojnë për disa efekte virtuale edhe me doza më të vogla energjie.
Studiuesit kanë ide të ndryshme se si të forcohen rrezet e lazerit. Një prej tyre është koncepti mjaft ekzotik i pasqyrimit dhe përforcimit të pasqyrave që udhëtojnë me shpejtësinë e dritës. Ide të tjera përfshijnë amplifikimin e rrezeve duke përplasur rrezet e fotoneve me rrezet elektronike, ose përplasjen e rrezeve lazer, të cilat shkencëtarët në qendrën kërkimore të Stacionit Kinez të Dritës Ekstreme në Shangai thuhet se duan të kryejnë. Një përplasës i madh i fotoneve ose elektroneve është një koncept i ri dhe interesant që ia vlen të vëzhgohet.
