量子浪漫:當超導現象邂逅卡西米爾效應

類別: 新奇
majer@ 2018.08.07 , 11:00
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量子浪漫:當超導現象邂逅卡西米爾效應

量子物理學中最離奇的兩個現象首次邂逅在同一個實驗中——科學家們在現實的極限邊緣反覆試探。

在極低溫度下,某些導體的電阻會完全消失,同時產生完全抗磁性。這種現象被稱為超導,在諸如磁懸浮等技術方面意義非凡。

同時,根據量子力學,真空中充滿著漲落的虛粒子對。類似於水中的壓力,按照理論推導,真空中的虛粒子也會對空間產生壓力,這被稱為卡西米爾力,它總是試圖將極度接近的物體擠壓到一起。實際上,20年前物理學家就已經通過實驗驗證了這種效應。也正是由於卡西米爾效應,晶片的微型元件不能上太緊密地包裝在一起。

荷蘭代爾夫特理工大學的研究人員開發出一種特殊的裝置,採用了一種新穎的感測器設計,使其在低溫下依然能夠發揮作用。藉此,他們在實現低溫超導的同時,也觀察到了卡西米爾力。

他們在微型晶片上,使兩根極度接近的導線成為超導體。首席研究員Simon Gröblacher說:“兩根導線之間有一個孔,可以作為光學諧振器,用來捕捉特定波長的鐳射束。我們使用通過鐳射來測量兩根導線之間的小位移,這意味著我們可以無視溫度對感測器的影響,因為它是在遠處通過接收鐳射來測量受力。”

量子浪漫:當超導現象邂逅卡西米爾效應
鐳射通過平行放置兩根導線之間的小孔,通過光學變化感應導線之間出現的位移|荷蘭代爾夫特理工大學Delft University of Technology

雖然之前設計過各種實驗來證明卡西米爾效應,但直到現在,我們才第一次在超導現象中,觀察到這一現象。實驗有點像微觀世界中的蝙蝠俠大戰超人,令物理學家感到非常過癮。

他們嘗試更改實驗中的引數和設定,以期發現更多的現象。比如說,科學家改用鋁質導線來尋找可能存在的量子引力。

“僅就目前的資料,我們已經可以否決一個備選的量子引力理論了。該理論預言說,引力場可以從超導體上反彈而產生強烈的卡西米爾效應。”其中一位研究人員Richard Norte說。“以我們目前的靈敏度,還沒有檢測到這種影響。”

這意味著如果存在所謂的重力卡西米爾效應,它也無法像科學家們先前想象的那麼強大。我們可能正在通往許多類似發現的大路上。

在未來,研究人員希望進一步提高測量儀器的靈敏度,甚至找到高溫超導技術的鑰匙。

由於量子物理學處於現代科學的邊緣和經典物理學的極限之處,像這樣的實驗設計和新儀器的發明對量子理論的發展至關重要。

“我們開發出的技術為傳統實驗無法驗證的基礎物理問題提供了新的可能性。”研究人員總結道。

該研究發表在Physical Review Letters上。

本文譯自sciencealert,由譯者majer基於創作共用協議(BY-NC)釋出。

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