Согласно современной физике, даже абсолютно пустое пространство не является по-настоящему пустым. Оно пронизано квантовыми полями, которые обычно никак себя не проявляют. Теперь ученые хотят проверить, можно ли обнаружить их напрямую с помощью сверхмощных лазеров.
Эксперимент готовят на окраине Гамбурга, где под землей находится камера из нержавеющей стали. В нее направляются импульсы одного из крупнейших в мире рентгеновских лазеров. Над камерой расположен еще один мощный лазер. В определенный момент его луч направят навстречу рентгеновскому излучению, чтобы два потока света сошлись в области экстремально высокой энергии.
Исследователи надеются, что в этих условиях вакуум перестанет выглядеть как абсолютная пустота. Квантовая теория предполагает, что при достаточно сильном воздействии скрытые свойства пространства могут стать заметными.
Экспериментатор Том Коуэн отмечает, что ученые рассчитывают обнаружить квантовый вакуум, если он действительно существует в соответствии с предсказаниями теории. Отсутствие ожидаемого сигнала, напротив, поставило бы под вопрос современные представления о природе пустого пространства.
Задача заключается не в поиске обычных частиц, остатков газа или других объектов внутри камеры. Ученые хотят обнаружить сам вакуум — точнее, проявления квантовых полей, которые в обычных условиях невозможно зарегистрировать.
Для этого потребуется не только рекордная мощность лазеров, но и чрезвычайно чувствительный детектор. Предполагаемый сигнал может оказаться настолько слабым, что его придется отделять от множества фоновых эффектов.
Если эксперимент удастся, он позволит проверить фундаментальные представления современной физики о природе пустого пространства. Результаты могут помочь уточнить квантовую теорию и лучше понять, как ведут себя поля в экстремальных условиях.
Ученые также надеются, что исследование даст новые сведения о темной материи — невидимом компоненте Вселенной, существование которого предполагают по его гравитационному воздействию. Однако прямой связи между будущим экспериментом и обнаружением темной материи пока нет: это лишь одно из возможных направлений, которое могут открыть полученные данные.
Не исключено и другое развитие событий. Измерения могут показать, что вакуум ведет себя еще необычнее, чем предсказывают существующие теории. В таком случае эксперимент станет не только проверкой квантовой физики, но и возможной подсказкой для поиска новых законов природы.
Пока исследователи лишь готовятся к этой попытке. Но если им удастся зарегистрировать ожидаемый эффект, это станет первым прямым свидетельством того, что даже пространство, которое мы привыкли считать пустым, обладает собственной квантовой структурой.
Читайте также:
Атом одновременно падал и оставался на месте — физики проверили границу квантового мира
Вечно повторяющаяся Вселенная может решить парадокс «мозгов Больцмана»
Эксперимент подтвердил фундаментальный постулат квантовой физики Фейнмана спустя 80 лет