@ 2018.08.07 , 11:00

量子浪漫:当超导现象邂逅卡西米尔效应

量子物理学中最离奇的两个现象首次邂逅在同一个实验中——科学家们在现实的极限边缘反复试探。

在极低温度下,某些导体的电阻会完全消失,同时产生完全抗磁性。这种现象被称为超导,在诸如磁悬浮等技术方面意义非凡。

同时,根据量子力学,真空中充满着涨落的虚粒子对。类似于水中的压力,按照理论推导,真空中的虚粒子也会对空间产生压力,这被称为卡西米尔力,它总是试图将极度接近的物体挤压到一起。实际上,20年前物理学家就已经通过实验验证了这种效应。也正是由于卡西米尔效应,芯片的微型元件不能上太紧密地包装在一起。

荷兰代尔夫特理工大学的研究人员开发出一种特殊的装置,采用了一种新颖的传感器设计,使其在低温下依然能够发挥作用。借此,他们在实现低温超导的同时,也观察到了卡西米尔力。

他们在微型芯片上,使两根极度接近的导线成为超导体。首席研究员Simon Gröblacher说:“两根导线之间有一个孔,可以作为光学谐振器,用来捕捉特定波长的激光束。我们使用通过激光来测量两根导线之间的小位移,这意味着我们可以无视温度对传感器的影响,因为它是在远处通过接收激光来测量受力。”

量子浪漫:当超导现象邂逅卡西米尔效应
激光通过平行放置两根导线之间的小孔,通过光学变化感应导线之间出现的位移|荷兰代尔夫特理工大学Delft University of Technology

虽然之前设计过各种实验来证明卡西米尔效应,但直到现在,我们才第一次在超导现象中,观察到这一现象。实验有点像微观世界中的蝙蝠侠大战超人,令物理学家感到非常过瘾。

他们尝试更改实验中的参数和设置,以期发现更多的现象。比如说,科学家改用铝质导线来寻找可能存在的量子引力。

“仅就目前的数据,我们已经可以否决一个备选的量子引力理论了。该理论预言说,引力场可以从超导体上反弹而产生强烈的卡西米尔效应。”其中一位研究人员Richard Norte说。“以我们目前的灵敏度,还没有检测到这种影响。”

这意味着如果存在所谓的重力卡西米尔效应,它也无法像科学家们先前想象的那么强大。我们可能正在通往许多类似发现的大路上。

在未来,研究人员希望进一步提高测量仪器的灵敏度,甚至找到高温超导技术的钥匙。

由于量子物理学处于现代科学的边缘和经典物理学的极限之处,像这样的实验设计和新仪器的发明对量子理论的发展至关重要。

“我们开发出的技术为传统实验无法验证的基础物理问题提供了新的可能性。”研究人员总结道。

该研究发表在Physical Review Letters上。

本文译自 sciencealert,由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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