Tako ta praznina prestaje biti praznina
Vakum je mjesto gdje se, čak i ako ga ne vidite, dešava mnogo toga. Međutim, da bi saznali šta je tačno potrebno toliko energije da je naučnicima donedavno izgledalo nemoguće da zavire u svet virtuelnih čestica. Kada neki ljudi zastanu u takvoj situaciji, drugima je nemoguće da ih ohrabre da pokušaju.
Prema kvantnoj teoriji, prazan prostor je ispunjen virtuelnim česticama koje pulsiraju između bića i nebića. Oni su također potpuno neotkriveni - osim ako nismo imali nešto moćno da ih pronađemo.
"Obično, kada ljudi govore o vakuumu, misle na nešto što je potpuno prazno", rekao je teoretski fizičar Mattias Marklund sa Tehnološkog univerziteta Chalmers u Geteborgu, u Švedskoj, u januarskom izdanju NewScientist-a.
Pokazalo se da laser može pokazati da uopće nije toliko prazan.
Elektron u statističkom smislu
Virtuelne čestice su matematički koncept u kvantnim teorijama polja. To su fizičke čestice koje manifestiraju svoje prisustvo kroz interakcije, ali krše princip ljuske mase.
Virtualne čestice pojavljuju se u djelima Richarda Feynmana. Prema njegovoj teoriji, svaka fizička čestica je zapravo konglomerat virtualnih čestica. Fizički elektron je zapravo virtuelni elektron koji emituje virtuelne fotone, koji se raspadaju u virtuelne parove elektron-pozitron, koji zauzvrat stupaju u interakciju sa virtuelnim fotonima - i tako u nedogled. "Fizički" elektron je tekući proces interakcije između virtuelnih elektrona, pozitrona, fotona i eventualno drugih čestica. "Realnost" elektrona je statistički koncept. Nemoguće je reći koji je dio ovog kompleta zaista stvaran. Poznato je samo da zbir naboja svih ovih čestica rezultira nabojom elektrona (tj. pojednostavljeno rečeno, mora postojati jedan virtuelni elektron više nego virtuelni pozitron) i da zbir masa sve čestice stvaraju masu elektrona.
U vakuumu se formiraju parovi elektron-pozitron. Bilo koja pozitivno nabijena čestica, na primjer proton, privući će te virtualne elektrone i odbiti pozitrone (uz pomoć virtualnih fotona). Ova pojava se naziva vakuumska polarizacija. Parovi elektron-pozitron rotirani protonom
formiraju male dipole koji svojim električnim poljem mijenjaju polje protona. Električni naboj protona koji mjerimo stoga nije naboj samog protona, već cijelog sistema, uključujući virtuelne parove.
Laser u vakuumu
Razlog zbog kojeg vjerujemo da virtualne čestice postoje seže do osnova kvantne elektrodinamike (QED), grane fizike koja pokušava objasniti interakciju fotona s elektronima. Otkako je ova teorija razvijena 30-ih, fizičari su se pitali kako se nositi s problemom čestica koje su matematički neophodne, ali se ne mogu vidjeti, čuti ili osjetiti.
QED pokazuje da će teoretski, ako stvorimo dovoljno jako električno polje, virtualni prateći elektroni (ili koji čine statistički konglomerat koji se zove elektron) otkriti njihovo prisustvo i biće moguće otkriti ih. Energija potrebna za to mora dostići i premašiti granicu poznatu kao Schwingerova granica, iza koje, kako se slikovito izražava, vakuum gubi svoja klasična svojstva i prestaje biti "prazan". Zašto to nije tako jednostavno? Prema pretpostavkama, potrebna količina energije mora biti onoliko koliko je ukupno proizvedena energija svih elektrana na svijetu - još milijardu puta.
Stvar se čini izvan našeg domašaja. Kako se ispostavilo, međutim, ne nužno ako se koristi laserska tehnika ultrakratkih optičkih impulsa visokog intenziteta, koju su osamdesetih godina prošlog stoljeća razvili prošlogodišnji dobitnici Nobelove nagrade, Gérard Mourou i Donna Strickland. Sam Mourou je otvoreno rekao da giga-, tera-, pa čak i petavatt snage postignute u ovim laserskim supersnimcima stvaraju priliku da se razbije vakuum. Njegovi koncepti su oličeni u projektu Extreme Light Infrastructure (ELI), podržan od evropskih fondova i razvijen u Rumuniji. U blizini Bukurešta postoje dva lasera od 80 petavata koje naučnici žele da koriste za prevazilaženje Švingerove granice.
Međutim, čak i ako uspijemo razbiti energetska ograničenja, rezultat - i ono što će se na kraju pojaviti očima fizičara - ostaje vrlo neizvjestan. U slučaju virtuelnih čestica, metodologija istraživanja počinje da propada, a proračuni više nemaju smisla. Jednostavna kalkulacija takođe pokazuje da dva ELI lasera generišu premalo energije. Čak i četiri kombinovana paketa su i dalje 10 puta manje nego što je potrebno. Međutim, naučnike to ne obeshrabruje, jer ovu magičnu granicu smatraju ne oštrom jednokratnom granicom, već postupnim područjem promjene. Pa se nadaju nekim virtuelnim efektima čak i uz manje doze energije.
Istraživači imaju različite ideje o tome kako ojačati laserske zrake. Jedan od njih je prilično egzotičan koncept reflektiranja i pojačavanja ogledala koja putuju brzinom svjetlosti. Druge ideje uključuju pojačavanje snopa sudarajući snopove fotona sa snopovima elektrona, ili sudarne laserske zrake, što naučnici iz istraživačkog centra Kineske stanice ekstremne svjetlosti u Šangaju navodno žele da izvedu. Veliki sudarač fotona ili elektrona je nov i zanimljiv koncept koji vrijedi promatrati.
