arXiv: физики впервые "сфотографировали" движение пустоты

Фото: nist.gov

Физики впервые напрямую зафиксировали квантовые флуктуации – неустранимое "дрожание", возникающее даже в абсолютно пустом пространстве. Препринт работы опубликован на сервере arXiv и пока не прошел рецензирование, сообщает "Газета.ру".

Согласно квантовой механике, ни одно поле не может находиться в полном покое. Из-за принципа неопределенности даже в состоянии с наименьшей энергией сохраняются крошечные колебания. Эти флуктуации давно предсказаны теорией, однако увидеть их напрямую до сих пор не удавалось.

Команда Кембриджского университета под руководством Яньшэна Чжана обошла это ограничение с помощью двумерного конденсата Бозе – Эйнштейна из атомов калия-39. Ученые "записали" квантовое поле в спиновые состояния атомов, а затем, сфотографировав сами атомы, восстановили локальные колебания – то есть сделали невидимое видимым.

Чтобы уловить слабый сигнал, физики резко меняли силу связи между двумя состояниями атомов, и заранее существовавшее квантовое "дрожание" усиливалось до измеримых колебаний. При этом флуктуации вакуума давали заметно иной рисунок, чем обычный тепловой шум, что подтвердили измерения на разных частотах.

По словам авторов, такой конденсат можно настроить так, чтобы он вел себя как сложное релятивистское квантовое поле. Это открывает возможность моделировать в лаборатории явления, которые почти невозможно рассчитать теоретически. Например, "распад ложного вакуума", рождение частиц и образование топологических дефектов.

Ученые отмечают, что это новый инструмент для изучения квантовых полей. Раньше подобные явления можно было только рассчитывать в теории, а теперь их удается наблюдать и "проигрывать" в управляемом эксперименте. Это может помочь проверять фундаментальные предсказания физики, в том числе о ранней Вселенной.

Ранее международная группа ученых разработала одну из самых масштабных в истории цифровых моделей Вселенной. Она была создана в рамках проекта FLAMINGO.

Уточнялось, что модель поможет интерпретировать огромные массивы данных с современных телескопов. Новый инструмент позволяет отслеживать эволюцию космоса на протяжении миллиардов лет.