Учёные впервые напрямую увидели квантовые флуктуации пустого пространства
Физики из Кембриджского университета впервые смогли напрямую наблюдать квантовые флуктуации в искусственно созданном квантовом поле. Ранее учёные изучали эти явления только по их последствиям, но теперь получили возможность увидеть сами колебания.
Исследователи под руководством Яншэна Чжана создали аналог квантового поля с помощью двумерного конденсата Бозе — Эйнштейна из атомов калия-39. В таком состоянии атомы при температурах, близких к абсолютному нулю, начинают вести себя как единая квантовая система.
Учёные закодировали квантовое поле в спиновых состояниях атомов и смогли восстановить возникающие в нём изменения. Чтобы отличить настоящие квантовые флуктуации от обычного шума, они подготовили систему в состоянии минимальной энергии, а затем изменили взаимодействие между атомами, усилив слабые колебания.
Полученные результаты показали, что наблюдаемые изменения соответствуют именно вакуумным квантовым флуктуациям, а не тепловым эффектам. Это стало возможным благодаря тому, что квантовый осциллятор даже в основном состоянии не является полностью неподвижным и сохраняет минимальные колебания из-за принципа неопределённости Гейзенберга.
Квантовые флуктуации играют важную роль в физике Вселенной. Они связаны с эффектом Казимира, поведением атомов и, как считают учёные, с формированием крупномасштабной структуры космоса после Большого взрыва.
Созданная система может стать инструментом для изучения сложных квантовых процессов, включая распад ложного вакуума, образование частиц и развитие топологических дефектов в квантовых полях. Исследователи отмечают, что такой подход позволит изучать явления, которые трудно анализировать только с помощью математических моделей.
Работа пока не прошла независимую научную экспертизу и опубликована в виде предварительной статьи на сервере .