Хорошо, мне нужно рассказать вам о том, что только что произошло в физике, и поверьте, это одно из тех открытий, которые заставляют пересмотреть абсолютно всё, что вы думали, что знаете о Вселенной.
Учёные только что продемонстрировали — впервые в истории — что можно сделать сверхпроводник более эффективным, манипулируя «пустым» пространством вокруг него. Не путём изменения материала. Не путём его дополнительного охлаждения. Просто играя с квантовой странностью, существующей в том, что мы раньше называли вакуумом.
Сначала поговорим о «ничто»
Вы, вероятно, представляете вакуум — пустое пространство — как, ну, пустоту. Ничего там нет. Пусто. Ноль.
Но квантовая физика уже несколько десятилетий говорит нам, что это абсолютно неверно. Даже самое пустое из мыслимых пространств кипит от активности. Это похоже на то, как вы можете думать, что океанское дно полностью безмолвно, но на самом деле оно полно звуков, которые вы не можете услышать.
Вот как это работает (простым языком): согласно так называемому принципу неопределённости Гейзенберга, природа просто не может удержаться от небольшой «размытости» на самых малых масштабах. Даже когда вы пытаетесь удалить всё из определённой области пространства, вы всё равно получаете так называемые «квантовые флуктуации» — где частицы и античастицы спонтанно возникают и почти мгновенно аннигилируют друг друга.
Это не просто теоретические размышления. Учёные измерили эти эффекты в таких явлениях, как эффект Казимира и так называемый лэмбовский сдвиг. Они реальны, измеримы и, как теперь оказывается, потенциально полезны.
А как же сверхпроводники?
Позвольте дать вам краткую версию: сверхпроводники — это материалы, которые могут проводить электричество с абсолютно нулевым сопротивлением. Ноль! Никаких потерь энергии в виде тепла. Ничего.
Подвох? Они демонстрируют это только при сверхнизких температурах — часто холоднее, чем космическое пространство. Речь идёт о температурах, близких к абсолютному нулю, что составляет минус 459 градусов по Фаренгейту. Это непрактично для большинства повседневных применений.
Теперь, вот где начинается самое интересное.
Эксперимент, бросивший вызов ожиданиям
Группа исследователей из Китая, работая с Фрэнком Вильчеком (да, тем самым Вильчеком, лауреатом Нобелевской премии) и коллегами из Массачусетского технологического института (MIT) и Шанхайского университета Цзяотун, решила попробовать нечто смелое: они хотели проверить, могут ли квантовые флуктуации вакуума действительно влиять на сверхпроводимость.
Идея была элегантна в своей простоте. Они взяли сверхпроводящий материал, называемый диселенидом ниобия (NbSe2, если вы следите за деталями), и поместили его внутрь так называемого терагерцевого резонатора с расщеплённым кольцом. Простыми словами, это специально спроектированная крошечная полость, которая изменяет электромагнитную среду вокруг сверхпроводника.
Исследователи сравнили поведение материала с наличием этой полости и без неё. И вот в чём суть: критическая температура сверхпроводимости фактически увеличилась, когда материал находился внутри полости.
Причём не на незначительную, бессмысленную величину. Речь идёт об увеличении критической температуры на 5,4%. Это может не звучать драматично, но в мире исследований сверхпроводимости это довольно значимое достижение.
Критическая температура — это температура, ниже которой материал становится сверхпроводящим. Таким образом, если вы можете поднять этот порог выше, вы потенциально делаете всю технологию более практичной.
Что же на самом деле происходит?
Здесь начинается самое интересное. Исследователи обнаружили, что усиление не было случайным — оно демонстрировало специфический резонансный рисунок в зависимости от частоты полости. Это убедительно свидетельствует о том, что сверхпроводящее состояние и моды полости фактически «общаются» друг с другом, связываясь квантово-механическим образом.
Представьте это так: вы толкаете кого-