Сложная квантовая электродинамика: новый рубеж с экспериментом по флуктуациям вакуума

к Лиам О'Коннор
5 Комментарии
Quantum fluctuations experiment

Европейский XFEL, крупнейший рентгеновский лазер в мире, раскрывает свой луч только в полной темноте с выдержкой 90 секунд, как показано на сопроводительном изображении. В 2024 году на этом объекте пройдут новаторские эксперименты по наблюдению квантовых флуктуаций в вакууме. Фото предоставлено: European XFEL / Ян Хосан

Команда из HZDR предлагает улучшения для революционного физического эксперимента.

Вопреки распространенному мнению, вакуум не совсем пуст, а изобилует квантовыми флуктуациями – динамичным, энергичным мерцанием. Ученые готовятся к лазерному эксперименту, целью которого будет уникальное обнаружение этих флуктуаций, потенциально проливающее свет на новые физические законы.

Исследователи из Центра имени Гельмгольца в Дрездене-Россендорфе (HZDR) предложили различные улучшения для оптимизации эффективности этого эксперимента, как подробно описано в Physical Review D.

Флуктуации вакуума, известные как квантовое мерцание, уже давно интригуют физиков. Эти флуктуации, хотя и наблюдаются косвенно через воздействие на электромагнитные поля малых частиц, никогда не были напрямую подтверждены в среде, свободной от частиц. Такое подтверждение могло бы подтвердить квантовую электродинамику (КЭД) в неисследованной области или, наоборот, предложить новые неоткрытые частицы.

Доктор Ульф Застрау курирует экспериментальную станцию по науке о плотности высокой энергии (HED) в европейском XFEL в Гамбурге. Здесь вспышки мощного рентгеновского лазера будут взаимодействовать со световыми импульсами мощного лазера ReLaX компании HZDR для обнаружения флуктуаций вакуума. Фото: European XFEL / Ян Хосан

Этот эксперимент является частью проекта Международной линии Гельмгольца для экстремальных полей (HIBEF), возглавляемого HZDR на европейской станции HED XFEL. Он включает в себя запуск интенсивных коротких лазерных вспышек в вакуумную камеру с целью изменить колебания вакуума, чтобы изменить поляризацию рентгеновской вспышки по сравнению с европейским XFEL.

Профессор Ральф Шютцхольд из HZDR сравнивает этот процесс со сгибанием прозрачной линейки между двумя поляризационными фильтрами, что меняет направление колебаний света, делая его видимым. В этой аналогии линейка представляет собой колебания вакуума, а мощная лазерная вспышка их изменяет.

Первоначально планировалось послать в камеру одну вспышку оптического лазера и обнаружить любые изменения в поляризации рентгеновской вспышки. Однако из-за ожидаемого слабого сигнала команда Шютцхольда теперь предлагает использовать два одновременных оптических лазерных импульса. Они создадут временный «световой кристалл» в точке столкновения, влияющий на рентгеновский импульс аналогично природному кристаллу, что потенциально сделает эффект измеримым.

Команда также рассматривает возможность использования лазерных вспышек разной длины волны для дальнейшего повышения чувствительности эксперимента. Это может привести к небольшому изменению энергии рентгеновской вспышки, что поможет обнаружению.

В настоящее время проект находится на стадии планирования в Гамбурге, а первые эксперименты намечены на 2024 год. Успех может подтвердить КЭД, но отклонения могут указывать на новые частицы, такие как сверхлегкие аксионы, намекающие на неизвестные законы природы.

Ссылка: «Схемы обнаружения квантовой вакуумной дифракции и двулучепреломления», Н. Ахмадиниаз и др., 10 октября 2023 г., Physical Review D. DOI: 10.1103/PhysRevD.108.076005

Часто задаваемые вопросы (FAQ) об эксперименте с квантовыми флуктуациями

Что такое европейский XFEL?

Европейский XFEL — крупнейший в мире рентгеновский лазер, расположенный в Гамбурге, Германия. Он известен своими мощными и интенсивными рентгеновскими лучами, которые используются в различных научных экспериментах и исследованиях.

Какова основная цель предстоящего эксперимента на европейском XFEL?

Предстоящий эксперимент на европейском XFEL в 2024 году направлен на обнаружение квантовых флуктуаций в вакууме. Этот эксперимент важен, поскольку потенциально может подтвердить квантовую электродинамику (КЭД) в новой области или выявить существование ранее не открытых частиц.

Как эксперимент в европейском XFEL направлен на обнаружение флуктуаций вакуума?

В эксперименте будут использоваться интенсивные лазерные вспышки европейского XFEL и мощного лазера ReLaX HZDR для управления флуктуациями вакуума. Целью этой манипуляции является изменение поляризации рентгеновской вспышки, что бы свидетельствовало о наличии этих колебаний.

Что такое квантовые флуктуации?

Согласно квантовой теории, квантовые флуктуации относятся к временному изменению количества энергии в точке пространства. Это явление предполагает, что вакуум не совсем пуст, а содержит эти мимолетные изменения энергии.

Почему вакуумные флуктуации важны в физике?

Флуктуации вакуума важны, потому что они бросают вызов традиционному пониманию вакуума как совершенно пустого пространства. Обнаружение этих флуктуаций может дать представление о фундаментальной природе Вселенной и помочь подтвердить или бросить вызов существующим теориям в физике, таким как квантовая электродинамика.

Каковы могут быть последствия, если эксперимент на европейском XFEL окажется успешным?

В случае успеха эксперимент может подтвердить предсказания квантовой электродинамики в новом аспекте или привести к открытию новых частиц, таких как сверхлегкие аксионы. Это также может указывать на существование ранее неизвестных законов природы, расширяющих наше понимание Вселенной.

Подробнее об эксперименте с квантовыми флуктуациями

  • Европейский официальный сайт XFEL
  • Обзор квантовой электродинамики (КЭД)
  • HZDR: Гельмгольц-Центр Дрезден-Россендорф
  • Понимание квантовых флуктуаций
  • Физика флуктуаций вакуума
  • Наука о высокой плотности энергии (HED) на Европейском XFEL
  • Принципы рентгеновских лазеров
  • Будущие физические эксперименты в европейском XFEL
  • Обнаружение квантовых явлений в вакууме
  • Аксионы: поиск частиц-призраков

Вам также может понравиться

5 Комментарии

Сара К. 1ТП2Т - 1ТП3Т

Эй, это очень интересно. Но меня немного смущает, как они на самом деле обнаруживают эти колебания? звучит очень сложно и немного похоже на волшебство, лол.

Отвечать
Майк Джонсон 1ТП2Т - 1ТП3Т

ух ты, только что прочитал о европейских экспериментах с XFEL, это просто потрясающие вещи! Не могу поверить, что они действительно собираются проверять квантовые флуктуации в таком вакууме. Научная фантастика становится реальностью!

Отвечать
Алекс Т 1ТП2Т - 1ТП3Т

Должен сказать, идея о том, что вакуум не пуст, довольно странная, правда? Квантовая физика очень странная, но в то же время увлекательная вещь. Интересно, что они узнают дальше.

Отвечать
Эмма Р. 1ТП2Т - 1ТП3Т

прочитал статью дважды, и она все еще немного выше моего понимания, ха-ха, но очень интересно думать о новых открытиях в физике, особенно об этих огромных лазерах и всем таком.

Отвечать
Дэйв Смит 1ТП2Т - 1ТП3Т

Разве не удивительно, как далеко мы продвинулись в науке? Я имею в виду, пытаться увидеть что-то, что находится буквально в небытии? Это вещи следующего уровня. Снимаю шляпу перед этими учёными!

Отвечать

Оставить комментарий

* Используя эту форму, вы соглашаетесь с хранением и обработкой ваших данных на этом сайте.

1ТП1Т — веб-ресурс, посвященный предоставлению актуальной информации о быстро меняющемся мире науки и технологий. Наша миссия — сделать науку и технологии доступными для всех через нашу платформу, объединяя экспертов, новаторов и ученых, чтобы поделиться своими знаниями и опытом.

Подписаться

Подпишитесь на мою рассылку, чтобы получать новые сообщения в блоге, советы и новые фотографии. Давайте оставаться в курсе!

© 2023 1ТП1Т

ru_RUРусский