Всем нам известна фраза «ничего из ничего не возникает»: так звучит закон сохранения материи и энергии, сформулированный в далеком 1748 году Михаилом Ломоносовым — пишет « Hi-Tech_Mail.ru ».
Автор новостей
Согласно этому закону, материя и энергия не появляются из ниоткуда и не исчезают в никуда, а лишь трансформируются из одной формы в другую. Однако в 1951 году физик Джулиан Швингер выдвинул поразительную теорию: если приложить к вакууму достаточно сильное электрическое поле, из пустоты спонтанно возникнут пары электронов и позитронов. Это явление, получившее название эффект Швингера, основано на квантовом туннелировании — одном из самых загадочных процессов квантовой механики.
Проблема долгое время заключалась в том, что для наблюдения этого эффекта требуются настолько мощные электрические поля, что создать их в лаборатории практически невозможно. Поэтому за более чем 70 лет эффект Швингера, не раз обоснованный теоретически, так и не удалось увидеть экспериментально. Теперь физики из Университета Британской Колумбии нашли обходной путь. Они предложили использовать вместо вакуума тонкую пленку сверхтекучего гелия-4, а поток этой жидкости — вместо электрического поля.
«Сверхтекучий гелий-4 — это чудо природы. При толщине всего в несколько атомных слоев его можно легко охладить до температуры, при которой он находится в состоянии вакуума без трения», — объясняет доктор Филип Стэмп, один из авторов исследования.
Когда ученые создают поток в такой сверхтекучей пленке, вместо пар электрон-позитрон из ничего возникают пары вихрей, вращающихся в противоположных направлениях. Это явление полностью аналогично эффекту Швингера, и, что самое важное, его гораздо проще наблюдать в лаборатории.
«Мы считаем, что пленка гелия-4 может служить отличной почвой для изучения различных космических явлений — вакуума в глубоком космосе, квантовых черных дыр и даже самого начала Вселенной, то есть тех явлений, к которым мы никогда не сможем приблизиться в прямых экспериментах», — добавляет доктор Стэмп.
Важным достижением работы стало открытие того, что масса вихрей в сверхтекучей жидкости не постоянна, как считалось ранее, а резко меняется при их движении. Это полностью меняет существующее понимание поведения вихрей как в жидкостях, так и в ранней Вселенной.
«Это невероятно — понимать, как и почему изменяется масса, и как это влияет на наше понимание процессов квантового туннелирования, которые повсеместно встречаются в физике, химии и биологии», — отмечает соавтор исследования Майкл Дерошер.
Ученые также предполагают, что аналогичная изменчивость массы должна наблюдаться и для пар электрон-позитрон в оригинальном эффекте Швингера, что может потребовать пересмотра теории Швингера.
Ранее физики создали первый «кристалл времени», который можно видеть.
