Hittills har uppkomsten av materia ur tomma intet bara varit teori. Ett superflytande element ger nu häpnadsväckande insikter i detta fenomen.
Vancouver – Inom fysiken finns fenomen som är så extrema att de undgår direkt experimentell verifiering. Ett av dessa är Schwinger-effekten – en teori som säger att materia kan uppstå ur det till synes tomma intet. Ett forskarteam vid University of British Columbia (UBC) har nu hittat ett sätt att simulera detta fascinerande fenomen i en kontrollerbar laboratoriemiljö och därmed få en inblick i kosmiska processer som annars bara äger rum i rymdens djup eller i universums begynnelse.
Redan 1951 lade fysikern Julian Schwinger fram en revolutionerande teori: Om man applicerar ett tillräckligt starkt elektriskt fält på ett vakuum kan elektron-positronpar uppstå spontant – praktiskt taget ur tomma intet. Problemet är att de elektriska fält som krävs är så kraftiga att de ligger långt utanför dagens experimentella möjligheter. Schwinger-effekten har därför hittills förblivit en obekräftad teori.
Fysiker använder helium-4 och beskriver något häpnadsväckande
Forskarna Philip Stamp och Michael Desrochers från UBC har nu hittat en smart omväg. I sin studie, som nyligen publicerades i tidskriften PNAS, beskriver de hur man istället för vakuum kan använda en tunn film av superfluid helium-4 och istället för det elektriska fältet kan man använda superfluidens bakgrundsflöde. ”Superfluid helium-4 är ett underverk. Med en tjocklek på bara några få atomlager kan det mycket lätt kylas ned till en temperatur där det praktiskt taget befinner sig i ett friktionsfritt vakuumtillstånd”, förklarar Stamp i ett meddelande.
I detta artificiella vakuum händer något fantastiskt när det sätts i rörelse, beskriver forskarna: ”När vi låter detta friktionsfria vakuum flöda uppstår spontant virvel-/antivirvelpar som roterar i motsatta riktningar istället för elektron-positronpar”, säger Stamp.
Helium-4-film kan hjälpa till att förstå grundläggande frågor i universum
Betydelsen av denna forskning sträcker sig långt bortom en ren laboratoriedemonstration. Modellen från UBC-fysikerna kan hjälpa till att bättre förstå grundläggande kosmiska fenomen. ”Vi tror att helium-4-filmen erbjuder en fin analogi till flera kosmiska fenomen”, tillägger Stamp. ”Vakuumet i rymden, kvantmässiga svarta hål, till och med universums början. Och det är fenomen som vi aldrig kan undersöka i något direkt experiment.”
