Kvantové fluktuace vakua byly až doposud považovány za neuchopitelné a jejich přímé měření nebylo proveditelné.

Švýcarští fyzici však nyní na tomto poli sklidili obrovský úspěch, když se jim podařilo změřit výkyvy elektromagnetického pole pomocí elektrooptického detektoru. Celé zařízení museli zmrazit na mínus 269 °C.

Prázdnota, nebo také vakuum, není podle kvantové teorie zase až tak prázdná. Objevují se v ní totiž tzv. kvantové fluktuace elektromagnetického pole.

Vědecký tým pod vedením Jérôma Faista ze Spolkové vysoké technické školy v Curychu (ETHZ) přišel s postupem, který umožňuje tyto výkyvy detailněji charakterizovat.

K výzkumu jim posloužil elektrooptický detektor skládající se z krystalu, ve kterém může elektrické pole svým působením vyvolat rotaci polarizačního záření. Tímto způsobem zanechá elektrické pole zřetelnou stopu ve tvaru světelné vlny polarizovaného záření.

Nic není nemožné

V průběhu experimentu se podařilo docílit protékání dvou velmi krátkých laserových pulzů krystalem ve dvou zcela odlišných bodech a v poněkud jiných časech.

Z měření jimi vytvořeného polarizovaného světla bylo možné odvodit elektrická pole fluktuací vakua.  „Výkyvy ve vakuu elektromagnetického pole mají zřetelně patrné důsledky a mimo jiné jsou zodpovědné za to, že atom může spontánně vyzařovat světlo,“ vysvětluje spoluautorka studie Ileana-Cristina Benea-Chelmus z Harvardovy univerzity.

Benea-Chelmus dále tvrdí, že změřit něco takového ve vakuu je na první pohled nemožné. Tradiční detektory záření, např. fotodiody, jsou založeny na principu, že lehké částice – a tedy i energie – jsou absorbovány detektorem.

Z vakua, jež představuje nejnižší energetický stav fyzikálního systému, však nelze žádnou další energii extrahovat.

Vědci posouvají hranice

Badatelé celé zařízení ochladili na mínus 269 °C. Tento krok byl proveden z velice jednoduchého důvodu, a to aby se zajistilo měření elektrických polí kvantových fluktuací vakua a nikoli polí, jež vzešla z tepelného záření černého tělesa.

Postup zajistí, že při tak nízké teplotě nezůstanou v přístroji žádné fotony tepelného záření, tudíž by veškeré fluktuace v elektrických polích měly pocházet výhradně z vakua. I tak se však jedná o měření, které stojí již na hranici současných možností.

Další dveře se otevírají

Do budoucna je v plánu měření dalších případů kvantových fluktuací vakua. Pozornost bude kladena např. na přítomnost silných reakcí mezi fotony a hmotou.

K tomu dochází např. v optickém rezonátoru – dutině obklopené odrazovými plochami s pasivním dielektrickým prostředím -, v němž by podle odborných teoretických výpočtů mělo být přítomno mnoho virtuálních fotonů, jež vnikly kvantovými fluktuacemi.