211service.com
Eerste waarneming van het dynamische Casimir-effect
Een van de meest verrassende voorspellingen van de moderne kwantumtheorie is dat het vacuüm van de ruimte niet leeg is. In feite voorspelt de kwantumtheorie dat het wemelt van virtuele deeltjes die in en uit het bestaan flitsen.
Dus beginnen Christopher Wilson van Chalmers University in Zweden en vrienden in hun prachtig leesbare paper over een nogal buitengewoon stuk wetenschap.
Deze maalstroom van kwantumactiviteit is verre van goedaardig. Natuurkundigen weten al sinds 1948 dat als twee platte spiegels dicht bij elkaar en evenwijdig aan elkaar worden gehouden, ze door deze virtuele deeltjes tegen elkaar worden gedrukt.
De reden is duidelijk. Wanneer de opening tussen de spiegels kleiner is dan de golflengte van de virtuele deeltjes, worden ze uitgesloten van deze ruimte. De vacuümdruk binnen de spleet is dan minder dan erbuiten en dit dwingt de spiegels.
Dit is de statisch Casimir-effect en het werd voor het eerst gemeten in 1998 door twee teams in de VS.
Maar er is nog een ander fenomeen genaamd de dynamisch Casimir-effect dat nog nooit is gezien.
Het treedt op wanneer een spiegel met relativistische snelheden door de ruimte beweegt. Dit is wat er gebeurt. Bij lage snelheden kan de zee van virtuele deeltjes zich gemakkelijk aanpassen aan de beweging van de spiegel en in paren blijven bestaan en vervolgens verdwijnen terwijl ze elkaar vernietigen.
Maar wanneer de snelheid van de spiegel overeenkomt met de snelheid van de fotonen, met andere woorden bij relativistische snelheden, raken sommige fotonen gescheiden van hun partners en worden ze dus niet vernietigd. Deze virtuele fotonen worden dan echt en de spiegel begint licht te produceren.
Dat is de theorie. Het probleem in de praktijk is dat het moeilijk is om een gewone spiegel in beweging te krijgen met zoiets als relativistische snelheden.
Maar Wilson en co hebben een trucje in petto. In plaats van een conventionele spiegel hebben ze een transmissielijn gebruikt die is aangesloten op een supergeleidend kwantuminterferentieapparaat of SQUID. Door met de SQUID te spelen, verandert de effectieve elektrische lengte van de lijn en deze verandering is gelijk aan de beweging van een elektromagnetische spiegel.
Door de SQUID op GHz-snelheden te moduleren, beweegt de spiegel heen en weer. Om een idee te krijgen van de schaal: de transmissielijn is slechts 100 micrometer lang en de spiegel beweegt over een afstand van ongeveer een nanometer. Maar de snelheid waarmee het dit doet, betekent dat het snelheden bereikt die de 5 procent lichtsnelheid benaderen.
Dus nadat ze hun techniek voor het verplaatsen van spiegels hebben geperfectioneerd, hoeven Wilson en co alles alleen maar af te koelen, achterover te leunen en naar fotonen te zoeken. En ja hoor, ze hebben microgolffotonen gezien die uit de bewegende spiegel tevoorschijn komen, precies zoals voorspeld.
Ze eindigen met een korte conclusie. We denken dat deze resultaten de eerste experimentele waarneming van het dynamische Casimir-effect vertegenwoordigen.
Indrukwekkend resultaat!
Referentie: arxiv.org/abs/1105.4714 : Observatie van het dynamische Casimir-effect in een supergeleidend circuit