Tim sa Univerziteta u Kembridžu direktno je snimio kvantne fluktuacije koristeći dvodimenzionalni Bose‑Einsteinov kondenzat od kalijum‑39. Kvantno polje je enkodirano u spinska stanja atoma, a nagla promena veze između stanja pojačala je početne kvantne oscilacije do merljivog signala. Spektralna analiza isključila je termalni šum, potvrdivši kvantnu prirodu fluktuacija. Sistem se može koristiti kao laboratorijski model sine‑Gordon polja za proučavanje kompleksnih kvantnih procesa.
Fizičari Direktno Snimili Kvantne Fluktuacije U Laboratoriji Pomoću Bose‑Einsteinovog Kondenzata
Even 'empty' space is seething with quantum fluctuations. (Quardia/iStock/Getty Images Plus)
Prazan prostor nije zapravo prazan — čak i u svom najnižem energetskom stanju kvantno polje pokazuje sitne, neizbežne fluktuacije. Tim sa Univerziteta u Kembridžu, predvođen Yanshengom Zhangom, napravio je proboj: direktno su snimili takve kvantne fluktuacije u laboratorijski stvorenoj verziji polja.
YouTube Thumbnail
Kako su to uradili? Umesto da pokušavaju da slikaju pravi vakuum, istraživači su konstruisali opservabilan kvantni sistem — dvodimenzionalni Bose‑Einsteinov kondenzat (BEC) od kalijum‑39. Dve unutrašnje kvantne države atoma povezane su radio‑talasima, a informacija o polju bila je enkodirana u raspodeli spinskih stanja atoma.
A quantum field can be broken down into modes of different wavelengths, each behaving like a quantum harmonic oscillator with unavoidable uncertainty even in its lowest-energy state. (Zhang et al., arXiv, 2026)
Pošto je BEC sačinjen od atoma koje je moguće direktno slikati, tim je rekonstruisao lokalne varijacije spina kroz oblak — to jest, mapirao je fluktuacije kvantnog polja u prostoru i vremenu.
The researchers directly imaged vacuum fluctuations in their lab-made quantum field as they evolved over time. (Zhang et al., arXiv, 2026)
Eksperiment pojačanja (amplifikacija)
Ključna metoda bila je tzv. quench — nagla promena jačine veze između dve atomske države. Iako kvantni oscilator u svom osnovnom stanju nije potpuno miran usled Heisenbergove neodređenosti, te inicijalne, ekstremno slabe fluktuacije su same po sebi teško merljive. Nagla promena sistema je te preeksistirajuće kvantne oscilacije pojačala u merljive oscilacije, što je omogućilo direktno snimanje njihovog razvoja.
Subscribe to ScienceAlert's free fact-checked newsletter
Kako su razlučili kvantne od termalnih fluktuacija
Da bi isključili da posmatrana buka potiče od temperature ili eksperimentalnog šuma, istraživači su pored pojačavanja uradili i nepojačano merenje spektralne snage fluktuacija. Spektralni raspored koji su dobili odgovarao je očekivanjima za vakuumske (kvantne) fluktuacije, a ne za termalne šumove — što čvrsto ukazuje na kvantnu prirodu signala.
Zašto je to važno
Eksperimentalni sistem može se podesiti tako da oponaša relativističko kvantno polje poznato kao sine‑Gordon polje. To otvara mogućnost da se u laboratoriji simuliraju i posmatraju složeni i teško proračunljivi procesi kao što su raspad lažnog vakuuma, stvaranje čestica i formiranje/raspad topoloških defekata.
„Posmatranje fluktuacija u sine‑Gordon režimu otvara mogućnosti za laboratorijske simulacije relativističkih polja u oblastima koje su sada teorijski nepristupačne“, navode autori u preprintu na arXiv‑u.
Rad je objavljen kao preprint na arXiv‑u i još uvek nije prošao recenziju. Ipak, direktno snimanje kvantnih fluktuacija u kontrolisanom, podesivom sistemu predstavlja značajan korak ka eksperimentalnoj studiji dinamičkih kvantnih fenomena koji su dosad uglavnom bili samo matematički modelovani.
Napomena: Otkriće ne menja osnovne teorije, ali pruža novo, opipljivo sredstvo za testiranje i vizualizaciju njihovih predviđanja u kontrolisanim uslovima.
Pomozite nam da budemo bolji.
