Тако та празнина престаје да буде празнина
Вакум је место где се, чак и ако га не видите, дешава много тога. Међутим, да се открије шта тачно захтева толико енергије да је научницима донедавно изгледало немогуће да завире у свет виртуелних честица. Када неки људи застану у таквој ситуацији, другима је немогуће да их охрабре да покушају.
Према квантној теорији, празан простор је испуњен виртуелним честицама које пулсирају између бића и небића. Такође су потпуно неоткривени - осим ако нисмо имали нешто моћно да их пронађемо.
„Обично, када људи говоре о вакууму, мисле на нешто што је потпуно празно“, рекао је теоретски физичар Матијас Марклунд са Технолошког универзитета Цхалмерс у Гетеборгу, у Шведској, у јануарском броју НевСциентист-а.
Испоставило се да ласер може показати да уопште није толико празан.
Електрон у статистичком смислу
Виртуелне честице су математички концепт у квантним теоријама поља. То су физичке честице које манифестују своје присуство кроз интеракције, али крше принцип љуске масе.
Виртуелне честице се појављују у делима Ричарда Фајнмана. Према његовој теорији, свака физичка честица је у ствари конгломерат виртуелних честица. Физички електрон је заправо виртуелни електрон који емитује виртуелне фотоне, који се распадају у виртуелне парове електрон-позитрон, који заузврат ступају у интеракцију са виртуелним фотонима - и тако у недоглед. „Физички“ електрон је текући процес интеракције између виртуелних електрона, позитрона, фотона и евентуално других честица. "Реалност" електрона је статистички концепт. Немогуће је рећи који је део овог комплета заиста стваран. Познато је само да збир наелектрисања свих ових честица резултира наелектрисањем електрона (тј. поједностављено речено, мора да постоји један виртуелни електрон више него виртуелних позитрона) и да збир маса све честице стварају масу електрона.
У вакууму се формирају парови електрон-позитрон. Свака позитивно наелектрисана честица, на пример протон, ће привући ове виртуелне електроне и одбити позитроне (уз помоћ виртуелних фотона). Ова појава се назива вакуумска поларизација. Парови електрон-позитрон ротирани протоном
формирају мале диполе који својим електричним пољем мењају поље протона. Електрични набој протона који меримо стога није наелектрисање самог протона, већ читавог система, укључујући виртуелне парове.
Ласер у вакууму
Разлог због којег верујемо да виртуелне честице постоје сеже до основа квантне електродинамике (КЕД), гране физике која покушава да објасни интеракцију фотона са електронима. Откако је ова теорија развијена 30-их, физичари су се питали како да се изборе са проблемом честица које су математички неопходне, али се не могу видети, чути или осетити.
КЕД показује да ће теоретски, ако створимо довољно јако електрично поље, виртуелни пратећи електрони (или који чине статистички конгломерат који се зове електрон) открити њихово присуство и биће могуће открити их. Енергија потребна за то мора да достигне и пређе границу познату као Швингерова граница, преко које, како је сликовито изражено, вакуум губи своја класична својства и престаје да буде „празан“. Зашто то није тако једноставно? Према претпоставкама, потребна количина енергије мора бити онолико колико је укупна енергија коју производе све електране на свету – још милијарду пута.
Ствар се чини изван нашег домашаја. Како се испоставило, међутим, не нужно ако се користи ласерска техника ултракратких оптичких импулса високог интензитета, коју су осамдесетих година прошлог века развили прошлогодишњи добитници Нобелове награде, Жерард Муру и Дона Стрикланд. Сам Моуроу је отворено рекао да гига-, тера-, па чак и петаватт снаге постигнуте у овим ласерским суперснимцима стварају прилику да се разбије вакуум. Његови концепти су оличени у пројекту Ектреме Лигхт Инфраструцтуре (ЕЛИ), који је подржан европским фондовима и развијен у Румунији. У близини Букурешта постоје два ласера од 80 петавата које научници желе да користе за превазилажење Швингерове границе.
Међутим, чак и ако успемо да пробијемо енергетска ограничења, резултат - и оно што ће се на крају појавити у очима физичара - остаје веома неизвестан. У случају виртуелних честица, методологија истраживања почиње да пропада, а прорачуни више немају смисла. Једноставна калкулација такође показује да два ЕЛИ ласера генеришу премало енергије. Чак и четири комбинована пакета су и даље 10 пута мање него што је потребно. Међутим, научнике то не обесхрабрује, јер ову магичну границу сматрају не оштром једнократном границом, већ постепеним подручјем промене. Тако да се надају неким виртуелним ефектима чак и са мањим дозама енергије.
Истраживачи имају различите идеје како да ојачају ласерске зраке. Један од њих је прилично егзотичан концепт рефлектовања и појачавања огледала која путују брзином светлости. Друге идеје укључују појачавање снопова сударајући снопове фотона са сноповима електрона, или сударне ласерске зраке, што научници у истраживачком центру Кинеске станице екстремне светлости у Шангају наводно желе да спроведу. Велики сударач фотона или електрона је нов и занимљив концепт који вреди посматрати.
