Problem jednak w tym, że owych fluktuacji nie da się tak łatwo dostrzec. Z tego też powodu naukowcy z ośrodka badawczego Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) pracują właśnie nad eksperymentem laserowym, którego celem jest dowiedzenie istnienia fluktuacji próżni w zupełnie nowy sposób. Gdyby taki eksperyment się powiódł, moglibyśmy potencjalnie po raz pierwszy dostrzec nowe informacje o nowych, nieznanych jeszcze praw fizyki. W najnowszym artykule naukowym opublikowanym w periodyku Physical Review D fizycy z HZDR opisali szereg założeń, które mają zwiększyć szanse na udane przeprowadzenie eksperymentu.
Naukowcy zajmujący się badaniami rzeczywistości fizycznej od lat wiedzą, że próżnia definiowana jako pusta przestrzeń jest jedynie dużym uproszczeniem. Wiemy, że nawet tam, gdzie nie ma już żadnych cząsteczek, wciąż istnieją fluktuacje próżni, tj. swoiste kwantowe migotanie w czasie i przestrzeni. Cała trudność w obserwowaniu takich fluktuacji wynika z tego, że nie można ich dostrzec bezpośrednio. Można je natomiast zaobserwować poprzez zmiany pola elektromagnetycznego cząstek.
Czytaj także: Nietypowy laser i nowe zastosowania. Szykuje się rewolucja?
Tutaj pojawia się jednak pytanie o to, jak zweryfikować obecność fluktuacji kwantowych w próżni, w której nie ma żadnych cząstek. Rozwiązanie tego problemu byłoby niezwykle cenne, bowiem w końcu naukowcom udałoby się sprawdzić elektrodynamikę kwantową, jedną z podstawowych teorii fizycznych w dotychczas niezbadanym obszarze. Co więcej, gdyby eksperyment ujawnił jakiekolwiek odchylenia od teorii, otrzymalibyśmy niejako pośrednie potwierdzenie istnienia nowych, nieznanych jeszcze cząstek elementarnych.
Planowany eksperyment zostanie przeprowadzony za pomocą największego lasera rentgenowskiego na świecie w ramach konsorcjum HIBEF Helmholtz International Beamline for Extreme Fields. Ultrasilny laser jest w stanie emitować krótkie, intensywne błyski światła w kierunku komory próżniowej zbudowanej ze stali nierdzewnej. Zadaniem wiązki laserowej jest manipulowanie fluktuacjami próżni tak, aby mogły one zmienić polaryzację światła rentgenowskiego, czyli obróciły kierunek jego oscylacji.
Pierwotnie zakładano wyemitowanie w kierunku komory jednego optycznego błysku lasera i zastosowanie skomplikowanych technik pomiarowych do sprawdzenia, czy zmienia się polaryzacja impulsu rentgenowskiego. Problem w tym, że taki sygnał byłby niezwykle słaby. Szacunki wskazują, że średnio jeden na bilion fotonów rentgenowskich zmieniłby swoją polaryzację wskutek fluktuacji kwantowych. Wychwycenie tego efektu jest niewyobrażalnie trudne. To z kolei oznacza, że nawet jeżeli do takiej zmiany dojdzie, naukowcy mogą po prostu jej nie zauważyć.
Czytaj także: Lasery przyszłości coraz bliżej. Pomoże nowe lustro plazmowe
Z tego też powodu teraz naukowcy proponują wyemitowanie jednocześnie dwóch osobnych impulsów laserowych do komory próżniowej. Obydwa impulsy dosłownie zderzą się ze sobą i w miejsce tego zderzenia zostanie wyemitowany przez laser XFEL impuls rentgenowski. Miejsce zderzenia impulsów laserowych powinny wpłynąć na impuls rentgenowski jak kryształ. Impuls rentgenowski powinien ulec ugięciu na tym swoistym “krysztale świetlnym”. Otrzymalibyśmy zatem impuls nie tylko ze zmienioną polaryzacją, ale także z nieznacznie zmienionym kierunkiem wiązki.
Aby jeszcze bardziej poprawić szansę na zmierzenie efektu, naukowcy proponują wykorzystanie błysków laserowych o różnych długościach fali. Wyemitowanie impulsu rentgenowskiego w kierunku punktu zderzenia dwóch impulsów o różnych barwach powinno zmienić energię błysku rentgenowskiego. Ten pomysł jednak, ze względu na trudność w jego praktycznej realizacji, odłożony został na przyszłość.
Pierwsze próby eksperymentu przeprowadzane będą na stacji eksperymentalnej HED w Hamburgu już w przyszłym roku. Możemy się zatem spodziewać, że już za kilka miesięcy możemy dowiedzieć się więcej o elektrodynamice kwantowej. Albo uda się ją po raz kolejny potwierdzić, albo uda się znaleźć pewne od niej odstępstwa. Ta druga opcja oznaczałaby początek zupełnie nowych poszukiwań ulotnych ultralekkich cząstek elementarnych, o których aktualnie nic nie wiemy. Jest więc na co czekać.
