Физики из Кембриджского университета впервые получили прямое изображение квантовых флуктуаций — неустранимого «дрожания», которое существует даже в абсолютно пустом пространстве. Препринт работы опубликован на arXiv, рецензирование пока не пройдено.
Согласно квантовой механике, ни одно поле не может быть полностью неподвижным: принцип неопределенности оставляет даже в состоянии с минимальной энергией слабые колебания. Чтобы зафиксировать их, команда под руководством Яньшэна Чжана использовала двумерный конденсат Бозе — Эйнштейна из атомов калия-39. Квантовое поле записали в спиновые состояния атомов, а затем, сфотографировав сами атомы, восстановили локальные колебания, сделав невидимое видимым.
Слабый сигнал усиливали резким изменением силы связи между двумя состояниями атомов, превращая квантовое «дрожание» в измеримые колебания. Рисунок флуктуаций вакуума заметно отличался от теплового шума, что подтвердили замеры на разных частотах. По словам авторов, такой конденсат можно настроить как сложное релятивистское квантовое поле и моделировать в лаборатории явления, которые почти не поддаются теоретическому расчету, — например, распад ложного вакуума, рождение частиц или образование топологических дефектов. Это дает возможность не только рассчитывать, но и наблюдать подобные процессы в управляемом эксперименте, в том числе связанные с физикой ранней Вселенной.