Așa că acel gol încetează să mai fie gol
Vidul este un loc în care, chiar dacă nu îl vezi, se întâmplă multe. Cu toate acestea, pentru a afla ce anume necesită atât de multă energie încât până de curând părea imposibil pentru oamenii de știință să se uite în lumea particulelor virtuale. Când unii oameni se opresc în această situație, pentru alții imposibilul este un stimulent pentru a încerca.
Conform teoriei cuantice, spațiul gol este umplut cu particule virtuale care pulsează între ființă și neființă. Ele sunt, de asemenea, complet nedetectabile - cu excepția cazului în care avem ceva puternic să le găsim.
— De obicei, când oamenii vorbesc despre un vid, înseamnă ceva care este complet gol, a spus fizicianul teoretician Mattias Marklund de la Universitatea de Tehnologie Chalmers din Göteborg, Suedia, în numărul din ianuarie al revistei NewScientist.
Se pare că laserul poate arăta că până la urmă nu este atât de gol.
Electron în sens statistic
Particulele virtuale sunt un concept matematic în teoriile câmpurilor cuantice. Acestea sunt particule fizice care își manifestă prezența prin interacțiuni, dar rup principiul învelișului de masă.
Particulele virtuale apar în lucrările lui Richard Feynman. Conform teoriei sale, fiecare particulă fizică este de fapt un conglomerat de particule virtuale. Un electron fizic este de fapt un electron virtual care emite fotoni virtuali, care se descompun în perechi electron-pozitron virtuale, care la rândul lor interacționează folosind fotoni virtuali - și așa mai departe la infinit. Un electron „fizic” este un proces constant de interacțiune între electroni virtuali, pozitroni, fotoni și poate alte particule. „Realitatea” unui electron este un concept statistic. Este imposibil de spus care particulă din acest set este cu adevărat reală. Tot ce știm este că suma sarcinilor tuturor acestor particule are ca rezultat sarcina electronului (adică, pentru a spune simplu, trebuie să existe un electron virtual mai mult decât există pozitroni virtuali) și că suma maselor de toate particulele creează masa electronului.
Perechile electron-pozitron sunt create în vid. Orice particulă cu o sarcină pozitivă, de exemplu un proton, va atrage acești electroni virtuali și va respinge pozitronii (folosind fotoni virtuali). Acest fenomen se numește polarizare în vid. Perechi electron-pozitron rotite de un proton
ei creează mici dipoli care modifică câmpul protonului cu câmpul lor electric. Sarcina electrică a protonului pe care o măsurăm nu este, prin urmare, sarcina protonului în sine, ci a întregului sistem, inclusiv perechile virtuale.
Laser în vid
Motivul pentru care credem că există particule virtuale se întoarce la bazele electrodinamicii cuantice (QED), o ramură a fizicii care încearcă să explice interacțiunile fotonilor cu electronii. De la dezvoltarea acestei teorii în anii 30, fizicienii s-au întrebat cum să facă față problemei particulelor a căror existență este necesară din punct de vedere matematic, dar care nu pot fi văzute, auzite sau simțite.
QED arată că teoretic, dacă creăm un câmp electric suficient de puternic, electronii virtuali care îi însoțesc (sau care constituie un conglomerat statistic numit electron) își vor dezvălui prezența și va fi posibil să le detectăm. Energia necesară pentru aceasta trebuie să atingă și să depășească o limită numită limită Schwinger, dincolo de care, așa cum se spune la figurat, vidul își pierde proprietățile sale clasice și încetează să mai fie „gol”. De ce nu este atât de simplu? Pentru că cantitatea necesară de energie trebuie să fie, conform ipotezelor, la fel de mare ca energia totală produsă de toate centralele electrice din lume – de ori un alt miliard.
Lucrul pare dincolo de atingerea noastră. După cum se dovedește, totuși, acest lucru nu este neapărat cazul dacă folosim tehnica laser a impulsurilor optice ultrascurte, de mare intensitate, dezvoltată în anii 80 de către câștigătorii Premiului Nobel de anul trecut, Gérard Mourou și Donna Strickland. Mourou însuși a spus deschis că puterile giga-, tera- și chiar petawatt obținute de aceste supershot-uri laser creează o șansă de a sparge vidul. Conceptele sale au fost concretizate în proiectul Extreme Light Infrastructure (ELI), susținut de fonduri europene și dezvoltat în România. În apropiere de București există două lasere de 10 petawați pe care oamenii de știință vor să le folosească pentru a depăși limita Schwinger.
Cu toate acestea, chiar dacă este posibil să depășim constrângerile energetice, rezultatul - și ceea ce va apărea în cele din urmă în ochii fizicienilor - rămâne foarte incert. În cazul particulelor virtuale, metodologia de cercetare începe să eșueze, iar calculele nu mai au sens. Un calcul simplu arată, de asemenea, că două lasere ELI generează prea puțină energie. Chiar și patru fascicule combinate sunt încă de 10 de ori mai puțin decât este necesar. Cu toate acestea, oamenii de știință nu sunt descurajați de acest lucru, deoarece consideră această limită magică nu ca o limită ascuțită unică, ci ca o zonă treptată de schimbare. Așa că speră la unele efecte virtuale chiar și cu doze mai mici de energie.
Cercetătorii au idei diferite pentru amplificarea fasciculelor laser. Unul dintre ele este conceptul destul de exotic de oglinzi reflectorizante și amplificatoare care călătoresc cu viteza luminii. Alte idei includ întărirea fasciculelor prin ciocnirea fasciculelor de fotoni cu fasciculele de electroni sau ciocnirea fasciculelor laser, despre care se spune că este realizată de oamenii de știință de la centrul de cercetare chinez Station of Extreme Light din Shanghai. Ciocnitorul mare de fotoni sau electroni este un concept nou și interesant care merită observat.
