Μια από τις πιο αινιγματικές θεωρίες της Φυσικής, η οποία μέχρι σήμερα θεωρούνταν αδύνατο να αποδειχθεί πειραματικά, φαίνεται πως βρήκε έναν εναλλακτικό δρόμο επιβεβαίωσης. Ερευνητές του University of British Columbia (UBC) στον Καναδά ανακοίνωσαν ότι κατάφεραν να αναπαράγουν, έστω και σε διαφορετική μορφή, το λεγόμενο Schwinger effect, ένα φαινόμενο που προτάθηκε το 1951 από τον φυσικό Julian Schwinger και αφορά τη δημιουργία ζευγών σωματιδίων «από το τίποτα».
Σύμφωνα με τη θεωρία του Schwinger, αν εφαρμοστεί ένα εξαιρετικά ισχυρό ηλεκτρικό πεδίο στο κενό, μπορούν να παραχθούν αυθόρμητα ζεύγη ηλεκτρονίων και ποζιτρονίων μέσω μιας διαδικασίας γνωστής ως κβαντική σήραγγα. Η απαιτούμενη ένταση του πεδίου, όμως, είναι τόσο απίστευτα υψηλή ώστε καμία πειραματική διάταξη δεν θα μπορούσε να την προσεγγίσει. Έτσι, το Schwinger effect παρέμεινε για δεκαετίες μια θεωρητική υπόθεση, μια υπόμνηση του πόσο παράδοξα μπορεί να είναι τα όρια της κβαντικής φυσικής.
Η ομάδα του UBC, με επικεφαλής τον θεωρητικό φυσικό Dr. Philip Stamp και τον συνεργάτη του Michael Desrochers, βρήκε έναν πιο «γήινο» τρόπο να προσομοιώσει το φαινόμενο. Αντί για κενό και ηλεκτρικά πεδία, χρησιμοποίησαν υπερρευστό ήλιο σε λεπτά στρώματα. Το υπερρευστό αυτό, γνωστό ως ήλιο-4, όταν ψυχθεί σε ακραία χαμηλές θερμοκρασίες αποκτά ιδιότητες που θυμίζουν «κβαντικό κενό»: μηδενική τριβή και εξαιρετικά ομαλή ροή.
Σε αυτές τις συνθήκες, αντί για ηλεκτρόνια και ποζιτρόνια, εμφανίζονται αυθόρμητα ζεύγη δινών, που περιστρέφονται σε αντίθετες κατευθύνσεις. Οι δίνες αυτές αποτελούν κβαντικά αντικείμενα μέσα στο υπερρευστό, και η εμφάνισή τους χωρίς καμία «προφανή αιτία» θυμίζει έντονα το αρχικό σενάριο του Schwinger. Ουσιαστικά, οι επιστήμονες κατάφεραν να παρατηρήσουν το «κάτι από το τίποτα» σε μια νέα μορφή, πιο προσιτή σε πειραματικές μελέτες.
Ο Dr. Stamp εξηγεί ότι το υπερρευστό ήλιο λειτουργεί σαν ένα είδος εργαστηρίου για φαινόμενα που διαφορετικά θα ήταν εντελώς απρόσιτα. Από το κβαντικό κενό του Διαστήματος και τις μαύρες τρύπες, μέχρι τα πρώτα κλάσματα του δευτερολέπτου της δημιουργίας του Σύμπαντος, όλα αυτά παραμένουν πέρα από τη δυνατότητα άμεσης παρατήρησης. Όμως, μέσα από αναλογίες όπως αυτή με το ήλιο-4, οι φυσικοί μπορούν να αποκτήσουν πολύτιμες ενδείξεις για το πώς λειτουργούν.
Πέρα από τις κοσμικές αναφορές, η έρευνα έχει και πρακτικές προεκτάσεις. Η μελέτη των υπερρευστών και των φάσεων μετάβασης σε δισδιάστατα συστήματα είναι ένα από τα πιο καυτά πεδία της σύγχρονης Φυσικής. Η δυνατότητα να δούμε δίνες να εμφανίζονται και να εξαφανίζονται αυθόρμητα ανοίγει νέες κατευθύνσεις στην κατανόηση της συμπύκνωσης της ύλης, της κβαντικής δυναμικής και των μηχανισμών σήραγγας που εμφανίζονται παντού: από τη Φυσική και τη Χημεία μέχρι και τη Βιολογία.
Σε θεωρητικό επίπεδο, η ομάδα του UBC προχώρησε και σε μια κρίσιμη διόρθωση. Μέχρι σήμερα, πολλοί ερευνητές αντιμετώπιζαν τη μάζα των δινών ως σταθερή. Ο Stamp και ο Desrochers έδειξαν ότι η μάζα αυτή στην πραγματικότητα μεταβάλλεται δραματικά καθώς οι δίνες κινούνται. Το εύρημα αυτό ανατρέπει κατεστημένες αντιλήψεις για το πώς πρέπει να κατανοούμε τις δίνες, όχι μόνο στα υπερρευστά, αλλά και σε πιο θεμελιώδη κοσμολογικά σενάρια.
Η ανακάλυψη, μάλιστα, συνδέεται και με μια απρόσμενη συνέπεια: αν ισχύει αυτή η μεταβλητότητα μάζας για τις δίνες στο υπερρευστό, τότε πιθανόν να ισχύει και για τα ζεύγη ηλεκτρονίου-ποζιτρονίου στο ίδιο το Schwinger effect. Με άλλα λόγια, η αναλογία δεν είναι απλώς μια «αντιγραφή» του αρχικού φαινομένου, αλλά μπορεί να το τροποποιήσει ουσιαστικά, οδηγώντας σε νέες ερμηνείες.
Η φράση «κάτι από το τίποτα» αποκτά έτσι μια νέα, πιο επιστημονική διάσταση. Όχι ως φιλοσοφικό παράδοξο, αλλά ως συγκεκριμένο φαινόμενο που αποκαλύπτει τους βαθύτερους μηχανισμούς της φύσης. Αν κρίνουμε από τις πρώτες αντιδράσεις της επιστημονικής κοινότητας, η μελέτη αυτή ίσως ανοίξει έναν εντελώς νέο δρόμο για την κατανόηση τόσο του μικρόκοσμου όσο και του ίδιου του Σύμπαντος.
[via]
