科學家從真空中創造出光子

科學家首次成功將虛擬光子轉變成真實光子，制成了可測量的光，首次觀測到40多年前就曾被預言的動力學卡西米爾效應。

 

 

　　據美國物理學家組織網報道，瑞典查爾姆斯理工大學的科學家在真空中捕獲到了不斷出現和消失的光子，成功將虛擬光子轉變成真實光子，制成了可測量的光，首次觀測到40多年前就曾被預言的動力學卡西米爾效應，即平行金屬板在輻射場真空態中存在吸引力的現象。

　　實驗基於一個違反常規的量子力學重要原則：真空並不「真空」，實際上，真空中充滿了各種不斷波動的粒子。它們出現後卻又在瞬間消失，因此常被稱為虛擬粒子。物理學家摩爾早在上世紀70年代就曾預言，虛擬光子轉變成真實光子的現象將會發生。他認為，如果虛擬光子能從鏡子上反彈起來，而鏡子是以近乎光速的速度移動，上述情況就會發生。

　　由於鏡子不可能移動得如此之快，科研人員采用另一種方法實現了相同效應：通過改變到達超導電路的電距離，起到微波的鏡面作用，而非改變到達鏡子的物理距離。這個「鏡子」名為超導量子干涉器(SQUID)，其由量子電子元件構成，對磁場極其敏感。通過每秒數十億次改變磁場的方向，可使「鏡子」的振動速度達到光速的25%。鏡子也會將自身部分動能轉移給虛擬光子，這將促使它們突然出現。實驗結果顯示，光子會在真空中成對出現，科學家能夠以微波輻射的形式對其進行測量，構建出確實具有相同特性的射線，如同量子理論所述。

　　科研人員表示，光子出現的原因在於其自身缺少質量，因此，激發出它們的虛擬狀態需要較少的能量。原則上來說，還可以在真空中創造出其他粒子，例如電子或質子等，但這需要更多的能量。

　　成對光子的研究成果或可用於量子計算機等相關量子信息研究領域。然而，此次實驗的主要價值在於增進人們對於基礎物理概念的了解，比如真空波動，即真空中瞬間出現並消失的虛擬粒子等。通常認為，真空波動與「暗能量」可能有關聯，促進了宇宙膨脹的加速，而這種加速已通過今年的諾貝爾物理學獎獲得了確認。

來源：騰訊科學