Superfluidní helium odhaluje zvládnutelný analogový efekt Schwinger. Prohlubuje porozumění vírům a kvantovému tunelování.
V roce 1951 fyzik Julian Schwinger navrhl, že použití konstantního elektrického pole na vakuum by mohlo způsobit spontánní páry elektronů-pozitiv, což je proces známý jako kvantové tunelování.
Proč to nemůže na této záležitosti z replikátorů nebo transportérů NICE IDEA Power Star Trek? Požadovaná elektrická pole by byla mimořádně velká, daleko mimo dosah jakéhokoli přímého laboratorního experimentu.
Kvůli tomuto omezení nebyl jev, známý jako Schwinger efekt, nikdy přímo pozorován.
Superfluidní helium jako experimentální analog
Fyzici na University of British Columbia (UBC) nyní nastínili související účinek v systému, který je snadněji studován. V jejich přístupu nahrazuje tenkou vrstvu superfluidního helia vakuum, zatímco tekoucí pohyb superfluidu přebírá roli obrovského elektrického pole.
„Superfluid Helium-4 je zázrak. V několika atomových vrstvách silně lze velmi snadno ochladit na teplotu, kde je v podstatě ve stavu bez tření,“ vysvětluje Dr. Philip Stamp, teoretik v UBC, který pracuje na kondenzované hmotě a kvantové gravitaci, jejíž nové nálezy se objevily PNAS 1. září 2025.
„Když provedeme ten tření bez tření, místo toho, aby se objevily páry elektronů-pozisitonů, se spontánně objeví páry Vortex/Anti-Vortex spontánně a točí se v opačných směrech od sebe navzájem.“
Mapování teorie a experimentů
V příspěvku Dr. Stamp a kolega UBC Michael Desrochers nastíní teorii a matematiku za ní – mapování podrobného přístupu k provádění přímého experimentu.
Vakuové tunelování je proces horkého zájmu o kvantovou mechaniku a teorii kvantového pole. V kvantové teorii nejsou vakua prázdné, jsou plné kolísajících polí, která mohou vést k dočasnému vzhledu a zmizení virtuálních částic.
„Věříme, že film Helium-4 poskytuje pěkný analog k několika kosmickým jevům,“ dodává Dr. Stamp. „Vakuum v hlubokém prostoru, kvantové černé díry, dokonce i samotný začátek samotného vesmíru. A to jsou jevy, které se nikdy nemůžeme přiblížit žádným přímým experimentálním způsobem.“
Za analogy a do fyziky superfluidu
Dr. Stamp však však zdůrazňuje, že skutečný zájem práce může méně spočívat v analogech-které mají vždy omezení-a více ve způsobu, jakým mění naše chápání superfluidů a fázových přechodů ve dvourozměrných systémech.
„Jedná se o skutečné fyzické systémy samy o sobě, nikoli analogy. A můžeme na nich experimenty.“
Na matematické úrovni potřebovali vědci několik průlomů, aby teorie fungovala. Například předchozí vědci, kteří se dívají na víry v superfluidech, považovali hmotu víru za neměnnou konstantu. Dr. Stamp a Desrochers ukázali, že tato hmota se bude dramaticky lišit, jakmile se víry pohybují, a zásadně mění naše chápání vírů v obou tekutinách i v raném vesmíru.
„Je vzrušující pochopit, jak a proč se hmota liší a jak to ovlivňuje naše chápání kvantových tunelových procesů, které jsou všudypřítomné ve fyzice, chemii a biologii,“ říká Desrochers.
Razítko také tvrdí, že stejná hmotnostní variabilita dojde u párů elektronů-pozitiv v Schwingerově efektu, čímž se modifikuje Schwingerova teorie v jakémsi „pomstě analogu“.
Reference: „Vakuové tunelování vírů ve dvourozměrném 4Filmy Superfluid “od MJ Desrochers, DJJ Marchand a PCE Stamp, 2. září 2025, Sborník Národní akademie věd.
Doi: 10.1073/pnas.2421273122
Práce byla podporována Radou pro výzkum vědy a inženýrství.
Nikdy nezmeškáte průlom: Připojte se k zpravodaji Scitechdaily.
