Der Quantenfeldtheorie zufolge ist das Vakuum nicht leer:
Ständig bilden sich dort aus dem Nichts so genannte virtuelle Teilchen, die
kurz darauf wieder spurlos verschwinden. Nur bei Wechselwirkung mit der
Umgebung können sie sich in reale Partikel verwandeln.
Wissenschaftler um
Christopher Wilson von der Technischen Hochschule Chalmers im schwedischen
Göteborg haben nun erstmals virtuelle Photonen in reale umgewandelt, also in
messbares Licht.
Der amerikanische Physiker Gerald Moore hatte bereits 1970 die
These aufgestellt, dass ein Spiegel, der sich nahezu lichtschnell bewegt,
virtuelle in echte Photonen überführen könne. Allerdings lassen sich solche
relativistischen Geschwindigkeiten im Labor nicht erreichen. Deshalb wählten
die Forscher um Christopher Wilson eine alternative Vorgehensweise:
Sie
montierten an ein Ende eines Wellenleiters ein quantenelektronisches Bauteil namens
SQUID (Superconducting Quantum Interference Device). Das Gerät reagiert
hochempfindlich auf Änderungen des Magnetfelds und wirkt so wie ein Spiegel auf
das Brodeln im Vakuum.
Indem die Wissenschaftler ein Magnetfeld anlegten, das
mehrere Milliarden Schwingungen pro Sekunde durchlief, zitterte der »Spiegel«
mit bis zu 25 Prozent der Lichtgeschwindigkeit hin und her. Dabei antwortet er
auf virtuelle Photonen, indem er reale Photonen aussendet – er materialisiert die
Teilchen gewissermaßen.
Am offenen Ende des Wellenleiters konnten die Forscher
die produzierten Photonen in Form von Mikro-wellenstrahlung messen. Die Frequenz
der Photonen entsprach etwa der Hälfte der Schwingungsfrequenz des Spiegels, so
wie von der Quantentheorie vorhergesagt.
In verschiedenen Tests schlossen die
Autoren mögliche andere Quellen für die nachgewiesenen Photonen aus. Neben
Photonen existieren noch andere virtuelle Teilchen im Vakuum, etwa Elektronen
oder Protonen.
Da Lichtquanten keine Masse besitzen, sei relativ wenig Energie
erforderlich, um sie aus ihrer virtuellen Existenz heraus in einen realen,
messbaren Zustand zu überführen, berichten die Forscher. Im Prinzip könne man
aber durch entsprechende Energiezufuhr auch andere Partikel aus dem Vakuum
erzeugen.
(Quelle: Nature 479, S. 376 – 379, 2011)
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siehe auch "Wer glaubt, muss die Wissenschaft über Bord werfen"
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