در اولین شاهد تجربی‌ِ‌ی اثر دینامیک کازیمیر، آینه‌ئی به‌سرعت حرکت می‌کند و فوتون‌های مجازی را به فوتون واقعی تبدیل می‌کند.

کریستوفر ویلسون از دانشگاه شالمش^۱ سوئد و دوستانش مقاله‌ی بسیار خواندنی‌ی خود در باره‌ی این قطعه‌ کار فوق‌العاده‌ی علمی‌شان را این‌چنین آغاز می‌کنند: "یکی از شگفتی‌آورترین پیش‌بینی‌های نظریه‌ی کوانتومی‌ی مدرن این است که خلأ واقعاً خالی نیست و پر از ذرات مجازی‌ست که برای لحظاتی کوتاه پا به عالم وجود می‌گذارند و سپس ناپدید می‌شوند." اما این طوفان کنش‌های کوانتومی‌ی خلأ بدون ‌اثر نیست. از سال 1948 تا کنون فیزیکدان‌ها می‌دانند این ذرات مجازی دو آینه‌ی تخت موازی را هنگامی که به هم نزدیک شوند به‌سوی هم می‌رانند و دلیلش نیز سرراست است: هنگامی که فاصله‌ی بین دو آینه از طول‌موج ذرات مجازی کوتاه‌تر است این ذرات دیگر نمی‌توانند در شکاف بین دو آینه ظاهر و ناپدید شوند؛ فشار خلأ بیرون آینه‌ها بیش از فشار خلأ بین آینه‌ها خواهد بود و آینه‌ها به‌سوی هم رانده خواهند شد.

این پدیده، اثر ایستا‌‌ی کازیمیر است که نخستین بار اندازه‌گیری‌های مربوط به آن را دو تیم پژوهشی در ایالات متحد در سال ۱۹۹۸ انجام دادند. اما اثر دیگری موسوم به اثر دینامیک‌ کازیمیر وجود دارد که تا کنون مشاهده نشده بود. این اثر هنگامی رخ می‌دهد که آینه‌ئی با سرعت نسبیتی حرکت کند: دریای ذرات مجازی در سرعت‌های کم به‌سادگی خود را با حرکت آینه وفق می‌دهند و هم‌چنان به‌صورت زوج‌های ذره و پادذره به‌وجود می‌آیند، یک‌دیگر را نابود می‌کنند، ناپدید می‌شوند؛ اما زمانی که سرعت آینه به سرعت فوتون نزدیک ‌شود، یعنی در سرعت های نسبیتی، برخی از فوتون‌ها از همتای خود عقب می‌مانند و نابود نمی‌شوند. این فوتون‌های مجازی مجبور می‌شوند واقعی شوند و آینه شروع به زایش نور می‌کند.

نظریه همین است اما در عمل رساندن سرعت آینه‌ئی معمولی به سرعت‌های نسبیتی کاری بسیار مشکل است. ویلسون و همکارانش حقه‌هائی در آستین داشتند. به‌جای آینه‌ی معمولی آنها خط انتقالی به کار بردند که به ابزار تداخلی‌ی ابررساننده‌ی کوانتومی (SQUID) متصل است. دست‌کاری‌ی SQUID طول الکتریکی‌ی خط را تغییر می‌دهد و این تغییر با حرکت‌ آینه‌ی الکترومعناطیسی هم‌ارز است.

با مدوله‌کردنِ SQUID در بس‌آمدهای مگاهرتز، آینه پس و پیش می‌رود. برای آن‌که مقیاس دست‌تان بیاید، درازی‌ی خط انتقال ۱۰۰ میکرومتر است و آینه در حد چند نانومتر پس و پیش می‌رود. اما آهنگ این پس‌وپیش‌رفتن چنان است که آینه با سرعتی نزدیک به ۵ درصد سرعت نور حرکت ‌کند. با کامل‌کردن این روش، ویلسون و همکارانش تنها باید دما را بسیار کم می‌کردند و به دنبال فوتون می‌گشتند. دقیقاً نیز چنین شد: همان‌طور که پیش‌بینی می‌شد فوتون‌هائی مشاهده شد که از آینه‌ی متحرک برمی‌آمدند. آنها مقاله‌ را با این نتیجه‌گیری‌ی کوتاه به پایان می‌رسانند: " به باور ما این نتایج اولین مشاهده‌ی تجربی‌ی اثر دینامیک کازیمیر است." نتیجه‌ئی بسیار تأثیرگذار!

مرجع:
arxiv.org/abs/1105.4714: Observation of the Dynamical Casimir Effect in a Superconducting Circuit

پانوشت‌ها:
1. Chalmers



نویسنده خبر: علی مسچیان