Deeltjes die door de lege ruimte reizen, kunnen heldere flitsen van gammastraling uitzenden door interactie met het kwantumvacuüm, Dat blijkt uit een nieuwe studie van onderzoekers van de Universiteit van Strathclyde.

Het is al lang bekend dat geladen deeltjes, zoals elektronen en protonen, produceren het elektromagnetische equivalent van een sonische knal wanneer hun snelheden die van fotonen in het omringende medium overschrijden. Dit effect, bekend als Cherenkov-emissie, is verantwoordelijk voor de karakteristieke blauwe gloed van water in een kernreactor, en wordt gebruikt om deeltjes te detecteren bij de CERN Large Hadron Collider.

Volgens Einstein, niets kan sneller reizen dan licht in vacuüm. Daarom, er wordt meestal aangenomen dat de Cherenkov-emissie niet in vacuüm kan plaatsvinden. Maar volgens de kwantumtheorie, het vacuüm zelf zit vol met "virtuele deeltjes", die tijdelijk in en uit het bestaan ​​bewegen.

Deze spookachtige deeltjes zijn meestal niet waarneembaar, maar, in aanwezigheid van extreem sterke elektrische en magnetische velden, ze kunnen het vacuüm veranderen in een optisch medium waar de lichtsnelheid wordt vertraagd, zodat met hoge snelheid geladen deeltjes Cherenkov-gammastraling kunnen uitzenden. Dit is totaal onverwacht in een vacuüm.

Een groep natuurkundige onderzoekers van Strathclyde heeft ontdekt dat in extreme omstandigheden, zoals gevonden in het brandpunt van 's werelds krachtigste lasers, en de enorme magnetische velden rond neutronensterren, dit 'gepolariseerde' vacuüm kan gammastralen net genoeg vertragen om Cherenkov-emissie te laten plaatsvinden. Dit betekent dat de kosmische stralen met de hoogste energie die door de magnetische velden rondom pulsars gaan, voornamelijk Cherenkov-straling moeten uitzenden, veel meer dan andere soorten, zoals synchrotronstraling. Het onderzoek is gepubliceerd als een suggestie van de redactie in Fysieke beoordelingsbrieven . Het maakte deel uit van het door EPSRC gefinancierde Lab in a Bubble-project onder leiding van professor Dino Jaroszynski, om een ​​reeks fundamentele verschijnselen te onderzoeken die optreden in laser-plasma-interacties, met toepassingen in de industrie, veiligheid en geneeskunde.

Professor Jaroszynski zei:"Het Lab in a Bubble-project biedt een unieke kans om krachtige lasers te gebruiken om zowel fundamentele kennis als geavanceerde technologie te bevorderen ten behoeve van de samenleving." Dit is een zeer opwindende nieuwe voorspelling omdat het antwoorden kan geven op fundamentele vragen als wat is de oorsprong van de gammastraling in het centrum van sterrenstelsels? Ook, het biedt een nieuwe manier om enkele van de meest fundamentele wetenschappelijke theorieën te testen door ze tot het uiterste te drijven.

"Wat is meer, het zal een belangrijke bijdrage leveren aan de nieuwe High Field-grens van de natuurkunde, mogelijk gemaakt door de opmerkelijke vooruitgang in lasertechnologie die de Nobelprijs voor de natuurkunde 2018 heeft gewonnen. "Dr. Adam Noble, die het idee bedacht en de theoretische onderzoeksinspanning leidde, zei:We gaan ervan uit dat er niets kan komen uit een lege ruimte die bestaat uit puur vacuüm. Maar dit is niet helemaal waar; moderne kwantumfysica zegt iets anders, en er zijn enkele intrigerende verrassingen.

"Er is een enorme internationale inspanning geleverd om de grenzen van lasertechnologie te verleggen. Hoewel dit wordt aangedreven door de vele praktische toepassingen van krachtige lasers, het succes ervan zal afhangen van het begrijpen van alle fundamentele processen die betrokken zijn bij interacties tussen lasers en materie. Deze resultaten onthullen een nieuw aspect van deze processen."

Alexander Macleod, die ook aan het project werkte als onderdeel van zijn Ph.D. projecteren, zei:"Quantum-elektrodynamica is een van de best geteste theorieën in de natuurkunde, met buitengewone overeenkomst tussen theoretische voorspellingen en experimentele gegevens. Maar deze overeenkomst is alleen geverifieerd in het zwakke-veldregime. Vacuüm Cherenkov-straling biedt een nieuwe manier om te testen of het overleeft in de sterke veldlimiet."

Lab in a Bubble is een door Strathclyde geleid, EPSRC-gefinancierd project voor de productie van 'laboratoria' ter grootte van een bel die de behandeling van kanker zouden kunnen stimuleren, medische beeldvorming en industriële processen, naast het mogelijk maken van het onderzoek van fundamentele natuurkundige problemen.

Onderzoekers in het internationale project willen met krachtige lasers experimenten uitvoeren in plasmabellen die zo klein zijn dat hun diameter gelijk is aan een tiende van de doorsnede van een mensenhaar. Plasma vormt 99,999% van de zichtbare materie in het heelal.