Efekt Schwingera wreszcie zaobserwowany w laboratorium. Kanadyjscy fizycy przechytrzyli naturę

Naukowcom udało się jednak znaleźć niezwykle sprytne obejście tego problemu. Zamiast próbować generować niewyobrażalnie silne pola elektryczne potrzebne do zaobserwowania zjawiska, stworzyli model tunelowania próżniowego w dwuwymiarowej warstwie nadciekłego helu-4, który może służyć jako analog tego fascynującego procesu.

Nadciekły hel w roli próżni kwantowej

W tym innowacyjnym podejściu cienka warstwa nadciekłego helu zastępuje próżnię, podczas gdy przepływ tła nadcieku odgrywa rolę masywnego pola elektrycznego. To genialne w swojej prostocie rozwiązanie pozwala na symulację warunków, które w normalnych okolicznościach pozostają całkowicie poza naszym zasięgiem.

Czytaj także: Naukowcy zaskoczeni. Fluor przekroczył barierę kwantową w ekstremalnych warunkach

Nadciekły hel-4 wykazuje wyjątkowe właściwości w niskich temperaturach, przekształcając się w płyn pozbawiony tarcia, który w pewnym sensie przypomina próżnię. Gdy ten beztarciowy stan zostaje wprawiony w ruch, zamiast par elektron-pozyton obserwujemy spontaniczne powstawanie par wir-antywir obracających się w przeciwnych kierunkach.

Nieoczekiwane odkrycie zmiennej masy

Badania prowadzone przez dr Philipa Stampa i Michaela Desrochersa przyniosły zaskakujące spostrzeżenie. Okazało się, że masa wirów w nadciekach nie jest wartością stałą, lecz ulega znacznym zmianom podczas ich ruchu. To fundamentalne odkrycie zmienia nasze rozumienie wirów zarówno w płynach, jak i na wczesnych etapach ewolucji wszechświata.

Dr Stamp zasugerował, że podobna zmienność masy może występować w przypadku par elektron-pozyton w rzeczywistym efekcie Schwingera. Gdyby ta hipoteza znalazła potwierdzenie, mogłoby to prowadzić do modyfikacji oryginalnej teorii z 1951 roku.

Michael Desrochers podkreśla wagę zrozumienia mechanizmów zmiany masy i ich wpływu na procesy tunelowania kwantowego, które są wszechobecne w fizyce, chemii i biologii. To odkrycie może mieć daleko idące konsekwencje dla wielu dziedzin nauki, choć na ostateczne wnioski przyjdzie nam jeszcze poczekać.

Więcej niż tylko laboratoryjna ciekawostka

Model oparty na nadciekłym helu-4 oferuje unikalną możliwość badania zjawisk, które normalnie pozostają całkowicie niedostępne eksperymentalnie. Naukowcy wskazują, że ich system może służyć jako analog dla próżni w głębokiej przestrzeni kosmicznej, kwantowych czarnych dziur, a nawet początkowych etapów ewolucji wszechświata.

W przeciwieństwie do tych kosmicznych zjawisk model kanadyjskich badaczy stanowi rzeczywisty system fizyczny, na którym można przeprowadzać kontrolowane eksperymenty. To otwiera zupełnie nowe możliwości badawcze w obszarach, które dotychczas były domeną czystej teorii.

Czytaj także: Kwantowy fenomen pozwala dostrzec to, czego praktycznie nie widać. Jest jak światełko w tunelu

Warto tutaj jednak podkreślić, że prawdziwe znaczenie pracy zespołu z Kolumbii Brytyjskiej leży w zmianie naszego rozumienia nadcieków i przejść fazowych w systemach dwuwymiarowych. Te fizyczne systemy poddają się eksperymentalnej weryfikacji, co stanowi ogromną przewagę nad czysto teoretycznymi modelami.

Wyniki badań opublikowano 1 września 2025 roku w prestiżowym periodyku „Proceedings of the National Academy of Sciences”. Praca otwiera nowe perspektywy dla zrozumienia procesów tunelowania kwantowego, które odgrywają kluczową rolę w wielu dziedzinach nauki – od reakcji chemicznych po procesy biologiczne.

Model kanadyjskich naukowców może stać się platformą do badania zjawisk, które dotychczas istniały jedynie w sferze teorii. W kontekście dynamicznie rozwijających się technologii kwantowych, głębsze zrozumienie podstawowych procesów może potencjalnie prowadzić do przełomowych zastosowań praktycznych, choć na konkretne implementacje przyjdzie nam jeszcze pewnie poczekać.