Udtrække noget fra ingenting:Et klart skær fra tomt rum

Partikler, der rejser gennem det tomme rum, kan udsende lyse glimt af gammastråler ved at interagere med kvantevakuumet, ifølge en ny undersøgelse af forskere ved University of Strathclyde.

Det har længe været kendt, at ladede partikler, såsom elektroner og protoner, producere den elektromagnetiske ækvivalent til en sonisk bom, når deres hastigheder overstiger fotons i det omgivende medium. Denne effekt, kendt som Cherenkov -emission, er ansvarlig for den karakteristiske blå glød fra vand i en atomreaktor, og bruges til at detektere partikler ved CERN Large Hadron Collider.

Ifølge Einstein, intet kan rejse hurtigere end lys i vakuum. På grund af dette, det antages normalt, at Cherenkov -emissionen ikke kan forekomme i vakuum. Men ifølge kvanteteorien, selve vakuumet er pakket fuld af "virtuelle partikler", som bevæger sig et øjeblik ind og ud af eksistensen.

Disse spøgelsesagtige partikler er normalt ikke observerbare, men i nærvær af ekstremt stærke elektriske og magnetiske felter, de kan gøre vakuumet til et optisk medium, hvor lysets hastighed sænkes, så ladede partikler med høj hastighed kan udsende Cherenkov -gammastråler. Dette er helt uventet i et vakuum.

En gruppe fysikforskere ved Strathclyde har fundet ud af, at under ekstreme forhold, såsom fundet i fokus for verdens mest kraftfulde lasere, og de enorme magnetfelter omkring neutronstjerner, dette 'polariserede' vakuum kan bremse gammastråler lige nok til, at Cherenkov -emission kan forekomme. Det betyder, at de kosmiske stråler med den højeste energi, der passerer gennem magnetfelterne omkring pulsarer, hovedsageligt bør udsende Cherenkov -stråling, langt mere end andre typer såsom synkrotronstråling. Forskningen er blevet offentliggjort som et redaktionsforslag i Fysisk gennemgangsbreve . Det var en del af EPSRC -finansieret Lab i et Bubble -projekt ledet af professor Dino Jaroszynski, at undersøge en række grundlæggende fænomener, der forekommer i laser-plasma-interaktioner, med applikationer i industrien, sikkerhed og medicin.

Professor Jaroszynski sagde:"Lab in a Bubble -projektet giver en enestående mulighed for at bruge lasere med høj effekt til at fremme både grundlæggende viden og avanceret teknologi til gavn for samfundet." Dette er en meget spændende ny forudsigelse, fordi den kunne give svar på grundlæggende spørgsmål som hvad er oprindelsen af ​​gammastråleglød i midten af ​​galakser? Også, det giver en ny måde at teste nogle af de mest fundamentale videnskabsteorier ved at presse dem til deres grænser.

"Hvad er mere, det vil yde et stort bidrag til den nye fysiske grænse på High Field, muliggjort af de bemærkelsesværdige fremskridt inden for laserteknologi, der fik prisen for Nobelprisen i fysik 2018. "Dr. Adam Noble, der opfandt ideen og ledede den teoretiske forskningsindsats, sagde:Vi tager det for givet, at intet kan komme ud af det tomme rum, der består af rent vakuum. Men dette er ikke helt rigtigt; moderne kvantefysik siger noget andet, og der er nogle spændende overraskelser.

"Der er en enorm international indsats for at skubbe grænserne for laserteknologi frem. Selvom dette er drevet af de mange praktiske anvendelser af højeffektlasere, dets succes vil afhænge af at forstå alle de grundlæggende processer, der er involveret i interaktioner mellem laser og stof. Disse resultater afslører et nyt aspekt af disse processer. "

Alexander Macleod, der også arbejdede på projektet som en del af sin ph.d. projekt, sagde:"Kvantelektrodynamik er en af ​​de bedst testede teorier inden for fysik, med ekstraordinær overensstemmelse mellem teoretiske forudsigelser og eksperimentelle data. Men denne aftale er kun blevet verificeret i regimet med svage felter. Vakuum Cherenkov-stråling giver en ny måde at teste, om den overlever i grænsen for stærke felter. "

Lab in a Bubble er en £ 4.5million Strathclyde-ledet, EPSRC-finansieret projekt til produktion af boblestørrelse 'laboratorier', som kan øge kræftbehandlingen, medicinsk billeddannelse og industrielle processer, ud over at muliggøre undersøgelse af grundlæggende fysiske problemer.

Forskere i det internationale projekt sigter mod at bruge højtydende lasere til at udføre eksperimenter i plasmabobler så små, at deres diametre svarer til en tiendedel af et menneskeligt hårs tværsnit. Plasma danner 99,999% af det synlige stof i universet.