Ученые смогли создать частицы из вакуума — невероятный научный прорыв

Уникальный эффект, который регулярно происходит в космосе, впервые удалось воссоздать в лабораторных условиях. Ученым удалось, буквально, создать что-то из ничего.

Ученые смогли создать частицы из вакуума — невероятный научный прорыв

Вакуум считается совершенно пустым пространством, в котором нет никакой материи или элементарных частиц. Однако 70 лет назад лауреат Нобелевской премии Джулиан Швингер предсказал, что сильные электрические или магнитные поля могут разрушать вакуум и спонтанно создавать элементарные частицы. 

Для этого требуются поля действительно космической силы, такие как поля вокруг магнетаров или возникающие временно во время высокоэнергетических столкновений заряженных ядер. Экспериментальное исследование этих теоретических предсказаний было давней целью физики элементарных частиц, и некоторые из них в настоящее время планируются для коллайдеров высоких энергий по всему миру.

Теперь исследовательская группа, возглавляемая другим лауреатом Нобелевской премии, профессором сэром Андре Геймом в сотрудничестве с коллегами из Великобритании, Испании, США и Японии, использовала графен для имитации Швингеровского производства пар электронов и позитронов.

В авторитетном журнале Science ученые сообщают о специально разработанных устройствах, таких как узкие сужения и сверхрешетки, сделанные из графена, которые позволили исследователям получить исключительно сильные электрические поля в простой настольной установке. Спонтанное образование пар электронов и дырок четко наблюдалось (дырки являются твердотельным аналогом позитронов), и детали процесса хорошо согласовывались с теоретическими предсказаниями.

Ученые также наблюдали еще один необычный высокоэнергетический процесс, который пока не имеет аналогов в физике элементарных частиц и астрофизике. Они заполнили смоделированный вакуум электронами и разогнали их до максимальной скорости, допускаемой вакуумом графена, которая составляет 1/300 скорости света. В этот момент произошло нечто, казалось бы, невозможное: электроны как бы стали сверхсветящимися, обеспечивая электрический ток выше, чем это допускается общими правилами квантовой физики конденсированного состояния. Происхождение этого эффекта объяснялось самопроизвольной генерацией дополнительных носителей заряда (дырок). Теоретическое описание этого процесса, предоставленное исследовательской группой, сильно отличается от описания Швингера для пустого пространства.

Доктор Рошан Кришна Кумар, ведущий участник исследования, сказал:

Когда мы впервые увидели впечатляющие характеристики наших устройств на сверхрешетках, мы подумали: "Вау… это может быть какая-то новая сверхпроводимость". Хотя реакция очень похожа на реакцию, обычно наблюдаемую в сверхпроводниках, вскоре мы обнаружили, что загадочное поведение связано не со сверхпроводимостью, а скорее с чем-то из области астрофизики и физики элементарных частиц. Любопытно видеть такие параллели между далекими дисциплинами.

Исследование также важно для разработки будущих электронных устройств на основе двумерных квантовых материалов и устанавливает ограничения на проводку из графена, которая уже была известна своей замечательной способностью выдерживать сверхвысокие электрические токи.

Читайте также

Новое исследование объяснило, почему мы пишем злые комментарии в соцсетях

Новое исследование объяснило, почему мы пишем злые комментарии в соцсетях

Древние листья предсказали судьбу современных лесов при глобальном потеплении

Древние листья предсказали судьбу современных лесов при глобальном потеплении

Ученые Стаффордширского университета раскрыли тайну проклятия мумий

Ученые Стаффордширского университета раскрыли тайну проклятия мумий

Ученые предложили новую версию путешествия 6-тонного камня Стоунхенджа из Шотландии

Ученые предложили новую версию путешествия 6-тонного камня Стоунхенджа из Шотландии

Ученые раскрыли пользу кимчи: пробиотики, витамины и жирные кислоты

Ученые раскрыли пользу кимчи: пробиотики, витамины и жирные кислоты

Ученые предложили новый сценарий происхождения первых клеток на Земле

Ученые предложили новый сценарий происхождения первых клеток на Земле

В России появится национальная база генетической информации

В России появится национальная база генетической информации

Ученые впервые сняли движение электронов внутри молекулы во время химической реакции

Ученые впервые сняли движение электронов внутри молекулы во время химической реакции

Робот МФТИ установил рекорд сборки головоломки «мегаминкс» за 9,6 секунды

Робот МФТИ установил рекорд сборки головоломки «мегаминкс» за 9,6 секунды

Медицинские технологии, в которые почти невозможно поверить

Медицинские технологии, в которые почти невозможно поверить

Квантовый двигатель нарушает законы термодинамики, генерируя работу и холод одновременно

Квантовый двигатель нарушает законы термодинамики, генерируя работу и холод одновременно

ИИ в джунглях: как в Коста-Рике тестируют сообразительность диких обезьян

ИИ в джунглях: как в Коста-Рике тестируют сообразительность диких обезьян

Телескоп James Webb обнаружил возможный новый тип космических объектов — «звезду-черную дыру»

Телескоп James Webb обнаружил возможный новый тип космических объектов — «звезду-черную дыру»

Эмулятор PlayStation 5 впервые запустил Astro’s Playroom на Steam Deck

Эмулятор PlayStation 5 впервые запустил Astro’s Playroom на Steam Deck

Virgin Galactic отложила возвращение космических туристов до февраля 2027 года

Virgin Galactic отложила возвращение космических туристов до февраля 2027 года

Цифровые двойники помогут наделить вагон-термос беспрецедентными свойствами

Цифровые двойники помогут наделить вагон-термос беспрецедентными свойствами