Sehingga kekosongan berhenti menjadi kekosongan
Ruang hampa adalah tempat di mana, bahkan jika Anda tidak melihatnya, banyak hal yang terjadi. Namun, untuk mengetahui apa sebenarnya yang membutuhkan begitu banyak energi sehingga hingga saat ini tampaknya mustahil bagi para ilmuwan untuk melihat ke dalam dunia partikel virtual. Ketika beberapa orang berhenti dalam situasi seperti itu, tidak mungkin bagi orang lain untuk mendorong mereka untuk mencoba.
Menurut teori kuantum, ruang kosong diisi dengan partikel virtual yang berdenyut antara ada dan tidak ada. Mereka juga sama sekali tidak terdeteksi - kecuali kami memiliki sesuatu yang kuat untuk menemukannya.
"Biasanya, ketika orang berbicara tentang ruang hampa, itu berarti sesuatu yang benar-benar kosong," kata fisikawan teoretis Mattias Marklund dari Universitas Teknologi Chalmers di Gothenburg, Swedia, dalam NewScientist edisi Januari.
Ternyata laser dapat menunjukkan bahwa itu tidak kosong sama sekali.
Elektron dalam arti statistik
Partikel virtual adalah konsep matematika dalam teori medan kuantum. Mereka adalah partikel fisik yang memanifestasikan kehadirannya melalui interaksi, tetapi melanggar prinsip cangkang massa.
Partikel virtual muncul dalam karya Richard Feynman. Menurut teorinya, setiap partikel fisik sebenarnya adalah kumpulan partikel virtual. Elektron fisik sebenarnya adalah elektron virtual yang memancarkan foton virtual, yang meluruh menjadi pasangan elektron-positron virtual, yang pada gilirannya berinteraksi dengan foton virtual - dan seterusnya tanpa henti. Elektron "fisik" adalah proses interaksi yang berkelanjutan antara elektron virtual, positron, foton, dan mungkin partikel lain. "Realitas" elektron adalah konsep statistik. Mustahil untuk mengatakan bagian mana dari set ini yang benar-benar nyata. Hanya diketahui bahwa jumlah muatan semua partikel ini menghasilkan muatan elektron (yaitu, secara sederhana, harus ada satu elektron maya lebih banyak daripada jumlah positron maya) dan bahwa jumlah massa semua partikel menciptakan massa elektron.
Pasangan elektron-positron terbentuk dalam ruang hampa. Setiap partikel bermuatan positif, misalnya proton, akan menarik elektron virtual ini dan menolak positron (dengan bantuan foton virtual). Fenomena ini disebut polarisasi vakum. Pasangan elektron-positron yang diputar oleh proton
mereka membentuk dipol kecil yang mengubah medan proton dengan medan listriknya. Oleh karena itu, muatan listrik proton yang kita ukur bukanlah muatan proton itu sendiri, tetapi seluruh sistem, termasuk pasangan maya.
Laser ke ruang hampa
Alasan kami percaya bahwa partikel virtual ada kembali ke dasar elektrodinamika kuantum (QED), cabang fisika yang mencoba menjelaskan interaksi foton dengan elektron. Sejak teori ini dikembangkan pada 30-an, fisikawan bertanya-tanya bagaimana menangani masalah partikel yang secara matematis diperlukan tetapi tidak dapat dilihat, didengar, atau dirasakan.
QED menunjukkan bahwa secara teoritis, jika kita menciptakan medan listrik yang cukup kuat, maka elektron virtual yang menyertainya (atau membentuk konglomerat statistik yang disebut elektron) akan mengungkapkan keberadaannya dan memungkinkan untuk mendeteksinya. Energi yang dibutuhkan untuk ini harus mencapai dan melampaui batas yang dikenal sebagai batas Schwinger, di luar itu, seperti yang dinyatakan secara kiasan, ruang hampa kehilangan sifat klasiknya dan berhenti menjadi "kosong". Mengapa tidak sesederhana itu? Menurut asumsi, jumlah energi yang dibutuhkan harus sama dengan total energi yang dihasilkan oleh semua pembangkit listrik di dunia - satu miliar kali lagi.
Hal itu tampaknya di luar jangkauan kita. Ternyata, bagaimanapun, belum tentu jika seseorang menggunakan teknik laser pulsa optik ultra-pendek, intensitas tinggi, yang dikembangkan pada 80-an oleh pemenang Hadiah Nobel tahun lalu, Gérard Mourou dan Donna Strickland. Mourou sendiri secara terbuka mengatakan bahwa kekuatan giga-, tera-, dan bahkan petawatt yang dicapai dalam supershot laser ini menciptakan peluang untuk memecahkan kekosongan. Konsepnya diwujudkan dalam proyek Extreme Light Infrastructure (ELI), didukung oleh dana Eropa dan dikembangkan di Rumania. Ada dua laser 10-petawatt di dekat Bucharest yang ingin digunakan para ilmuwan untuk mengatasi batas Schwinger.
Namun, bahkan jika kita berhasil menembus batasan energi, hasilnya - dan apa yang pada akhirnya akan tampak di mata fisikawan - tetap sangat tidak pasti. Dalam kasus partikel virtual, metodologi penelitian mulai gagal, dan perhitungannya tidak lagi masuk akal. Perhitungan sederhana juga menunjukkan bahwa kedua laser ELI menghasilkan energi yang terlalu sedikit. Bahkan empat bundel gabungan masih 10 kali lebih sedikit dari yang dibutuhkan. Namun, para ilmuwan tidak berkecil hati dengan ini, karena mereka menganggap batas ajaib ini bukan batas satu kali yang tajam, tetapi area perubahan yang bertahap. Jadi mereka berharap untuk beberapa efek virtual bahkan dengan dosis energi yang lebih kecil.
Para peneliti memiliki berbagai ide tentang cara memperkuat sinar laser. Salah satunya adalah konsep yang agak eksotis untuk memantulkan dan memperkuat cermin yang bergerak dengan kecepatan cahaya. Ide-ide lain termasuk memperkuat sinar dengan bertabrakan berkas foton dengan berkas elektron, atau bertabrakan sinar laser, yang para ilmuwan di stasiun pusat penelitian Cahaya Ekstrim China di Shanghai dikatakan ingin melakukan. Penumbuk foton atau elektron yang hebat adalah konsep baru dan menarik yang layak untuk diamati.
