Populære Innlegg

Redaksjonens - 2019

Å styrke kraften i tomt rom: Teoretikere foreslår måte å forsterke kraften i vakuumfluktuasjoner

Anonim

Vakuumfluktuasjoner kan være blant de mest motintuitive fenomenene kvantemessikk. Teoretikere fra Weizmann-instituttet (Rehovot, Israel) og Wien-universitetet foreslår en måte å styrke sin styrke på.

annonse


Vakuum er ikke så tomt som man kanskje tror. Faktisk er tomt rom en boblende suppe av ulike virtuelle partikler som hopper inn og ut av eksistensen - et fenomen som kalles "vakuumfluktuasjoner." Vanligvis forblir slike ekstremt kortlivede partikler helt ubemerket, men i enkelte tilfeller kan vakuumkrefter ha en målbar effekt. Et team av forskere fra Weizmann-instituttet for naturvitenskap (Rehovot, Israel) og Wien-universitetet har nå foreslått en metode for å forsterke disse styrkene ved flere størrelsesordener ved hjelp av en overføringslinje som kanaliserer virtuelle fotoner.

"Låner" energi, men bare for en liten stund

Hvis du parkerer bilen et eller annet sted, er det borte, det er trolig ikke på grunn av vakuumfluktuasjoner. Objekter forsvinner ikke eller dukker opp, som ville bryte loven om energibesparelse. I kvantefysikkens verden er ting imidlertid litt mer komplisert. "På grunn av usikkerhetsprinsippet kan virtuelle partikler bli til stede i en kort periode, " sier Igor Mazets fra Wien University of Technology. "Jo høyere deres energi desto raskere vil de forsvinne igjen."

Men slike virtuelle partikler kan ha en målbar kollektiv effekt. På svært korte avstander kan vakuumfluktuasjoner føre til en attraktiv kraft mellom atomer eller molekyler - Van der Waals styrker. Selv evnen til en gecko å klatre på flate flater kan delvis tilskrives vakuumfluktuasjoner og virtuelle partikler. Den berømte Casimir-effekten er et annet eksempel på vakuumets kraft: Fysikeren Hendrik Casimir beregnet i 1948 at to parallelle speil i tomt rom vil tiltrekke seg hverandre på grunn av hvordan de påvirker vakuumet rundt dem.

Atomer og fotoner

To atomer i nærheten av hverandre vil også endre lokalt vakuum rundt dem. Hvis en av dem avgir en virtuell foton, som nesten umiddelbart absorberes av den andre, så på en hvilken som helst tidsskala som er større enn det korte øyeblikket av fotonets eksistens, har det ikke skjedd mye - den totale energien er bevart. Men det faktum at virtuelle partikler kan byttes modifiserer vakuumet rundt atomene, og dette fører til en kraft.

"Vanligvis er slike krefter svært vanskelig å måle, " sier Igor Mazets. "Dette skyldes delvis at en slik foton kan sendes ut i hvilken som helst retning, og sjansene for at det andre atomet absorberer det er svært lite."

Men hva om den virtuelle partikkelen har litt hjelp for å finne veien. "I så fall er fluktuasjonene effektivt begrenset til en dimensjon, " sier Igor Mazets. De virtuelle partiklene vil bli tvunget til å gå inn i retningen til det andre atom.

I så fall blir fluktuasjonsmidletattraksjonen mellom atomene størrelsesordener sterkere enn i ledig plass. Vanligvis avtar kraften raskt med økende avstand mellom atomene. På grunn av overføringslinjen faller den av med en over avstanden, kupert, i stedet for en over den syvende kraften av avstanden, som i vanlig tilfelle.

Forskerne mener at deres foreslåtte forbedring av kraften i vakuumfluktuasjoner kan ha dype implikasjoner for å forstå Casimir- og Van der Waals-styrker, og det kan til og med brukes til applikasjoner i kvantinformasjonsbehandling og andre fremvoksende kvanteteknologier.

annonse



Historie Kilde:

Materialer levert av Wien University of Technology, TU Wien . Merk: Innholdet kan redigeres for stil og lengde.