無償で何かを得ることについて話します。物理学者は、電磁場を通して荷電粒子を発射するだけで、空の真空から光を生成できるはずだと予測しています。原則として、この効果は、すべての科学で最も正確な理論である量子電気力学として知られる、電気と磁気の基本理論をテストする新しい方法を提供する可能性があります。実際には、効果を発見するには、現在存在するものよりもはるかに強力なレーザーと粒子加速器が必要になります.
「私がこの予測に自信を持っているのは、私たちがよく理解している効果が組み合わされているからです」と、イギリスのプリマス大学のレーザー粒子物理学者である Ben King は言う。それでも彼は、実験的なデモンストレーションは「将来のためのものだ」と述べています。
物理学者は、高エネルギーの荷電粒子が水や気体などの透明な媒体を勢いよく通過するときに光を放射できることを長い間知っていました。媒質内では、光は空の空間よりもゆっくりと移動するため、電子や陽子などの粒子が光よりも速く飛ぶ可能性があります。それが起こると、超音速ジェットが空気中で衝撃波を発生させるのと同じように、粒子は電磁衝撃波を発生させます。しかし、ジェットの衝撃波がソニックブームを生み出すのに対し、電磁衝撃波はチェレンコフ放射と呼ばれる光を生み出します。この効果により、原子炉の炉心内の水が青く光り、粒子検出器の製造に使用されています。
しかし、材料を捨てて、真空から直接チェレンコフ光を生成することは可能であるはずであると、イギリスのグラスゴーにあるストラスクライド大学の物理学者である Dino Jaroszynski とその同僚は予測している。秘訣は、代わりに非常に強力な電磁場を通して粒子を撃つことです.
量子論によれば、真空は粒子と反粒子のペアが飛び交い、直接観測するにはあまりにも速く存在したり消滅したりします。強力な電磁場を適用すると、これらのペアが分極する可能性がありますが、正と負の粒子が反対方向に押し出されます。 Jaroszynski らは、通過する光子が、あまり存在しないペアと相互作用することで、偏光真空が、通常の真空よりも光がわずかにゆっくりと移動する透明な媒体のように機能するようになると計算しています。
2つと2つをまとめると、十分に強い電磁場を通過するエネルギー荷電粒子はチェレンコフ放射を生成するはずである、とチームはPhysical Review Lettersの印刷中の論文で報告しています .他の人は真空チェレンコフ放射が特定の状況で存在するはずだと示唆していましたが、新しい研究はより基本的で包括的なアプローチをとっています、と Strathclyde の物理学者である Adam Noble は言います。
真空チェレンコフ放射を見つけるのは難しいでしょう。まず、偏光真空は光をわずかに遅くします。レーザー光の最強パルスに含まれる電磁界は、光の速度を約 100 万分の 1 パーセント低下させる、と Noble は見積もっています。それに比べて、水は光の速度を 25% 低下させます。第二に、電磁界内の荷電粒子がらせん状に渦を巻き、シンクロトン放射と呼ばれる別の種類の光を放出します。ほとんどの場合、シンクロトン放射はチェレンコフ放射を圧倒します。
それでも、原理的には、ペタワットまたは 10 ワットの電力を詰めることができる世界最高強度のレーザーからのオーバーラップ パルスを通じて高エネルギーの電子または陽子を発射することにより、真空チェレンコフ放射を生成することが可能であるはずです。しかし、Jaroszynski と同僚は、そのような分野では、世界最高エネルギーの加速器からの粒子でさえ、チェレンコフ放射よりもはるかに多くのシンクロトロン放射を生成すると計算しています.
スペースは、効果を探す別の場所になる可能性があります。回転する中性子星 (パルサーとも呼ばれる) の強力な磁場を通過する非常に高エネルギーの陽子は、シンクロトロン放射よりも多くのチェレンコフ放射を生成するはずである、と研究者は予測しています。しかし、パルサーは多くの高エネルギーの陽子を生成しないと、メリーランド州グリーンベルトにある NASA のゴダード宇宙飛行センターの天体物理学者である Alice Harding は言います。それ。 「私はパルサーの可能性についてそれほど興奮していません」と彼女は言います.
それにもかかわらず、King は、実験者はいつかその効果を見るかもしれないと言います。ヨーロッパの物理学者は、ルーマニア、ハンガリー、チェコ共和国で 10 ペタワットのレーザーのトリオを構築しており、中国の物理学者は 100 ペタワットのレーザーを開発しています。科学者たちはまた、非常にエネルギーの高い粒子ビームをはるかに安価に生成できるコンパクトなレーザー駆動加速器を作成しようとしています。これらが一緒になれば、物理学者は真空チェレンコフ放射を発見できるかもしれない、とキングは言う.
また、高出力レーザーを使用して偏極真空を調べるさまざまな方法を考案している研究者もいます。このような研究の最終的な目的は、新しい方法で量子電気力学をテストすることだと、King は言います。実験者は、この理論の予測が 10 億分の 2 分の 1 以内の精度であることを確認しました。しかし、この理論は非常に強力なフィールドの領域でテストされたことはなく、そのようなテストは現在可能になっている. 「この分野の未来は非常にエキサイティングです。」
