За пределами пустоты: Новый эксперимент бросает вызов квантовой электродинамике

Ученые давно интересуются понятием вакуума, часто представляя его как пустое пространство. Однако последние исследования показали, что вакуум далеко не пуст. Он наполнен квантовыми флуктуациями, энергетическим мерцанием, которое дает ключ к пониманию новых законов физики. Чтобы изучить эти флуктуации, команда из Центра Гельмгольца Дрезден-Россендорф (HZDR) предложила усовершенствования для предстоящего лазерного эксперимента. Их выводы, опубликованные в журнале Physical Review D, призваны повысить шансы на успех и пролить свет на неизведанные территории в физике.

Вакуумные флуктуации - это квантовые колебания во времени и пространстве, которые нельзя наблюдать напрямую, но можно косвенно обнаружить по изменениям в электромагнитных полях. Эти флуктуации бросают вызов фундаментальным теориям физики, в частности, квантовой электродинамике (КЭД). Если ученые смогут подтвердить флуктуации вакуума без присутствия каких-либо частиц, это подтвердит QED в непроверенной области. С другой стороны, если будут обнаружены отклонения от теории, это позволит предположить существование ранее неизвестных частиц.

Эксперимент, направленный на изучение вакуумных флуктуаций, будет проводиться на Международной линии Гельмгольца для экстремальных полей (HIBEF), возглавляемой HZDR на экспериментальной станции HED Европейского XFEL в Гамбурге. План предусматривает использование сверхмощного лазера для запуска коротких интенсивных вспышек света в вакуумированную камеру из нержавеющей стали. Цель состоит в том, чтобы управлять вакуумными флуктуациями таким образом, чтобы они изменяли поляризацию рентгеновской вспышки от Европейского рентгеновского ускорителя, эффективно поворачивая направление ее колебаний.

Команда HZDR предложила несколько усовершенствований для повышения эффективности эксперимента:

1. Несколько лазерных вспышек: Вместо одной вспышки оптического лазера команда предлагает использовать две вспышки. Это позволит усилить сигнал и увеличить шансы на обнаружение изменения поляризации. По словам теоретика HZDR профессора Ральфа Шютцхольда, текущий сигнал, как ожидается, будет очень слабым: лишь один из триллиона рентгеновских фотонов изменит свою поляризацию. Используя две вспышки, команда надеется увеличить силу сигнала.

2. Усовершенствованные методы измерения: Команда также рекомендует усовершенствовать методы измерения для точной регистрации изменений поляризации. Для этого необходимо разработать специальное оборудование, способное обнаруживать тонкие изменения в рентгеновской вспышке.

В случае успеха этот эксперимент может перевернуть наше представление о вакууме и его роли в физике. Он может подтвердить существующие теории квантовой электродинамики или обнаружить новые частицы, которые до сих пор не удавалось обнаружить. Последствия для фундаментальной физики и нашего понимания Вселенной будут просто потрясающими".