Fény a semmiből

A semmiből is kinyerhetünk valamit, feltéve, hogy meg tudjuk közelíteni a fény sebességét. A felfedezés egy 41 éves feltevést erősít meg az energia vákuumból történő előcsalogatásáról, amivel fényt állíthatunk elő.

A jelenség azon a régóta ismert tényen alapul, ami szerint a légüres tér nem is olyan üres, sőt hemzseg a részecskéktől, amik időnként életre kelnek, majd eltűnnek. Mindez már a kvantum mechanika törvényein alapul, ami kimondja, hogy még vákuumban sem lehet pontosan nulla energia, ott is jelen vannak apró energiaingadozások, amik rövid életű részecskepárokban testesülnek meg.

Ezeknek a virtuális részecskéknek, általában fotonoknak a jelenléte régóta bizonyított a Casimir-effektust demonstráló kísérletekben, amiben két egymáshoz megfelelően kis távolságban elhelyezett párhuzamos tükör vonzóerőt fejt ki egymásra. Ez a tükrök közötti kis tér miatt következik be, ami lekorlátozza a tartományban megjelenő virtuális fotonok számát. Mivel ezen a téren kívül több foton van, vagyis nagyobb a fotonsűrűség, a tükrök felületén kívülről befelé ható nyomás lép fel, egymás irányába tolva a tükröket.

Most Chris Wilson, a göteborgi Chalmers Műszaki Egyetemen munkatársaival egy lépéssel tovább jutott, előhúzva a résben levő fotonokat a dinamikus Casimir-effektus elnevezésű folyamattal. A hatáshoz egyetlen fém tükörre van szükség, aminek azonban a fényéhez közeli sebességgel kell mozognia a légüres tér virtuális fotontengerében. Mivel a tükör vezető, a fotonok, amik elektromágneses részecskék, elnyelik kinetikus energiája egy részét, majd ezt az energiatöbbletet valódi fotonpárok létrehozásával leadják.

Tény, hogy egy tükör fénysebesség közeli mozgatása nem igazán kivitelezhető, ezért a kutatók egy szupravezető elektromos áramkört használtak egy oszcillátorral kiegészítve, ami gyorsan váltogatja azt a távolságot, amit egy elektronnak meg kell tennie az áramkörön. Az elektron mozgása meghatározható azzal a hellyel, ahol az áramkör elektromos mezeje nullára csökken. Az áramkör tulajdonságainak kontrollálásához a csapat egy szupravezető kvantum interferométert (SQUID) használt. Ezzel olyan gyorsan tudták váltogatni az elektron és a nulla mező elhelyezkedést, hogy az elektron úgy tűnt, mintha a fény sebességének negyedével mozogna, ami elegendőnek bizonyult ahhoz, hogy az áramkör valódi fotonokat bocsásson ki. "Ez egy bonyolult műszaki kísérlet volt" - mondta Wilson. "Nagyon örülünk, hogy működött. A részecskék párokban jöttek létre, egyenesen a vákuumból"

Az eredményt „jelentős áttörésként" értékelte Diego Dalvit, az amerikai Los Alamos Nemzeti Laboratórium fizikusa. A virtuális fotonok energiája a kozmológusok legjobb sejtése a sötét energiára, ami a világegyetem tágulásának gyorsulását eredményezi. A kísérlet "megnyitja a lehetőséget az asztali kozmológiai kísérletek előtt", tette hozzá Dalvit.