Fotoneita virtuaalihiukkasista

Julkaistu: 21.02.2012 / Toimitus

Aalto-yliopiston ja VTT:n tutkijat onnistuivat luomaan tyhjön kohinan virtuaalihiukkasista todellisia hiukkasia, kokeellisesti havaittavissa olevia fotoneita. Tyhjöllä näyttää olevan ominaisuuksia, joita ei ole aiemmin havaittu.

Kvanttimekaniikan lakien mukaisesti tyhjiö on kaikkea muuta kuin tyhjä: siellä on eräänlaista kohinaa, joka voidaan tulkita kvanttimekaniikan epätarkkuusperiaatteen mukaisesti energiaksi. Tässä tyhjiön kohinassa on hetkessä syntyvien ja kuolevien hiukkasten virtuaalisia pareja, jotka voidaan muuttaa havaittaviksi valohiukkasiksi.

PNAS-tiedelehdessä juuri julkaistussa artikkelissa Aallon ja VTT:n tutkijat kuvataan, miten hiukkaset saavaan ilmestymään tyhjästä peilikokeen avulla. Muuttamalla tyhjiössä olevan peilin paikkaa nopeasti, virtuaalihiukkaset saadaan muutettua todellisiksi, kokeellisesti havaittaviksi fotoneiksi.

"Jos toimimme riittävän nopeasti, voimme estää virtuaalihiukkasia yhdistymästä. Tällöin ne muuttuvat todellisiksi hiukkasiksi, jotka voidaan havaita", sanoo tohtori Sorin Paraoanu Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulusta.

Kokeessa tutkijat käyttivät suprajohtavien kvantti-interferenssilaitteiden (SQUID) ketjua. Nämä osat muistuttavat aivojen pienten magneettikenttien kuvantamiseen käytettäviä laitteita. Muuttamalla niiden läpi kulkevaa magneettikenttää, voidaan laitteen läpi kulkevan valon nopeutta muuttaa. Tyhjiön sähkömagneettisen kentän näkökulmasta katsottuna tällaisesta laitteesta heijastuva säteily näkee liikkuvan peilin.

"Vaihtelemalla nopeasti ketjun valon nopeutta voimme synnyttää mikroaaltofotoneja tyhjiön kvanttikohinasta", selittää tohtorikoulutettava Pasi Lähteenmäki.

Kvanttifysiikan ja -mekaniikan tutkimuksen tulevia kehitysnäkymiä ovat muun muassa keinotekoisen tapahtumahorisontin tuottaminen ja siitä lähtevän Hawkingin säteilyn havaitseminen suprajohtavissa piireissä. Nyt tehty havainto auttaa kosmologeja pääsemään hieman lähemmäs maailmankaikkeuden synnyn saloja ja edistää äärimmäisen tehokkaiden kvanttitietokoneiden kehittämistä.

Juttu perustuu Aalto-yliopiston tiedotteeseen.