Категория:
Новости :: 26-11-2011, 00:21
В мае этого года группа физиков из Технологического университета Чалмерса в Гётеборге (Швеция) представила экспериментальные данные, которые могут быть интерпретированы как первая демонстрация так называемого динамического эффекта Казимира - рождение микроволновых фотонов из вакуума.
В качестве основного элемента экспериментальной схемы был использован сверхпроводящий квантовый интерферометр (СКВИД), идею применения которого для этого эксперимента впервые предложили в московском институте ФИАН. Как предсказывает квантовая теория, вакуум - вовсе не пустота, а пространство, содержащее множество "виртуальных" (то есть возникающих и почти сразу же исчезающих) частиц. Эффект Казимира - одно из реальных тому подтверждений.
Суть эффекта заключается в том, что близко расположенные незаряженные проводящие зеркала (пластины с гладкой поверхностью) притягиваются друг к другу. Это происходит за счет квантовых флуктуаций в вакууме, а если точнее, то за счет того, что пространство между пластинами ограничено, и виртуальных частиц, в частности, фотонов, между ними рождается меньше, чем вне этого промежутка, отсюда - давление на пластины извне и "притяжение" их друг к другу. Но это касается статического эффекта Казимира. Помимо него есть еще и динамический или, как окрестили его в 1989 году сотрудники ФИАН, В.И. Манько, А.Б. Климов и В.В. Додонов, нестационарный эффект Казимира. Он проявится в том случае, когда один или каждый из проводников будет двигаться со скоростью, близкой к световой. Вообще говоря, сам Казимир, впервые вычисливший силу взаимодействия между двумя неподвижными идеально проводящими пластинками, о том, чтобы эти пластинки двигать, никогда не думал.
Первой работой на эту тему стала статья Г.Т. Мура 1970 года. Мур показал, что число рожденных фотонов пропорционально квадрату отношения скорости стенки к скорости света. Но макроскопических, пусть и очень маленьких, зеркал, движущихся с околосветными скоростями, еще никто не создал. В работе 1989 года сотрудники ФИАН, взяв за основу работу Мура и исправив в ней некоторые ошибки (или опечатки), просчитали поправки к обычной силе Казимира, возникающие из-за движения стенок. Сами эти поправки малы, но их можно усилить, используя подходящие резонансные условия. Физический механизм решения относительно прост: при каждом колебании количество рожденных фотонов очень мало, но повторяя эти колебания много раз и поддерживая условия конструктивной интерференции между каждыми новыми порциями "фотонов", можно увеличить их число во много раз.
Схема экспериментаторов из Швеции, которые впервые продемонстрировали динамический эффект Казимира, также основана на СКВИДах с быстроменяющимися параметрами; однако они не используют закрытый резонатор, а измеряют поле на выходе из волновода, на закрытом конце которого помещен СКВИД. Это приводит к изменению во времени граничных условий - меняется фаза коэффициента отражения волн от закрытого конца волновода, что также приводит к рождению микроволновых фотонов. Однако никакой движущейся стенки тут нет, нет и полной имитации ее присутствия - фаза коэффициента отражения волн не всегда получается такой же, как в случае движения стенки. И, в конечном счете, все сводится к вопросу - необходимо ли для динамического эффекта Казимира наличие движущейся стенки или достаточно изменения каких-то макроскопических параметров? Тем временем другая группа ученых, в основном из Института физики им. Галилео Галилея Университета Падуи (Италия), в состав которой входит и сотрудник ФИАН Виктор Додонов, готовит свой эксперимент по демонстрации динамического эффекта Казимира. Его суть основана на определении границы с "точки зрения" электромагнитного поля.
С этой позиции идеальная граница - это поверхность с очень большой концентрацией электронов, где поле должно обратиться в нуль. Сдвинуть стенку - означает переместить поверхностный слой электронов на новое место. Однако сдвинуть реальную, скажем, металлическую, стенку крайне энергозатратно. Вместо этого предлагается взять пластинку из полупроводника при низкой температуре, то есть когда в нем практически отсутствуют свободные носители заряда, и прикрепить ее к стенке. Электромагнитное поле с низкими частотами наличие этой пленки не "заметит", но если осветить пластинку лазером с такой длиной волны излучения, чтобы световые фотоны, поглощаясь в полупроводнике, могли родить пары электронов и дырок, то для поля это будет означать перемещение стенки. Выключение лазера и "запуск" процесса рекомбинации родившихся частиц обозначит возвращение стенки в исходное положение. Если этот эксперимент удастся, то сомнений в констатации эффекта возникнуть не должно.
