Ученые зарегистрировали динамический эффект Казимира

Международная группа физиков заявила, что им впервые удалось зарегистрировать так называемый динамический эффект Казимира. Статья пока еще не принята к публикации в рецензируемый журнал, однако ее препринт доступен на сайте arXiv.org.

С точки зрения квантовой электродинамики вакуум представляет собой "море" постоянно рождающихся и исчезающих виртуальных частиц. В связи с этим, например, возникает статический эффект Казимира - между двумя проводящими незаряженными пластинами, расположенными достаточно близко, возникает притяжение. Оно обусловлено тем, что близкое расположение мешает фотонам с некоторыми длинами волн рождаться, поэтому вне промежутка виртуальных частиц оказывается больше, и возникает давление на пластины. Эффект был предсказан Хендриком Казимиром в 1948 году, однако экспериментально подтвержден только в 90-х годах прошлого века.

Динамический эффект Казимира основан на похожей идее - движущаяся неравномерно, то есть с ускорением (благодаря этому эффект Казимира не противоречит теории относительности), с достаточно большой скоростью (в идеале - сравнимой со скоростью света) в пространстве проводящая незаряженная пластина, мешает виртуальным фотонам исчезать, "толкая" некоторые из них вперед. В результате наблюдателю такая пластина будет представляться излучающей фотоны. Вместе с тем практическая реализация куска проводника, движущегося сквозь пространство, представляется затруднительной. Например, самая удачная из предложенных схем (2005 год) потребляет огромное количество энергии, требует постоянного охлаждения почти до абсолютного нуля и производит искомые "развиртуаленные" фотоны со скоростью один в день.

В рамках новой работы исследователи обратились к электромагнитному аналогу движущегося в пространстве проводника. Оказалось, что на флуктуации вакуума аналогичным образом (в математическом смысле обе системы просто описывают некие одинаковые граничные условия для области вакуума) действует следующая система - два коротких проводника, соединенных СКВИДом.

При помощи этого устройства ученые заставляли колебаться электрическую длину проводников - величину, которая характеризует количество длин волн, которые могут в таком проводнике распространяться. Примечательно, что физическая длина проводников составляла всего около 100 микрометров, а частота колебаний составляла порядка 11 гигагерц. Вся система была охлаждена до нескольких микрокельвинов.

Благодаря такой высокой частоте, система была эквивалента проводнику, движущемуся со скоростью порядка пяти сотых скорости света. В результате исследователям удалось зарегистрировать рождение фотонов с достаточно большой частотой в микроволновом диапазоне.