En 1951, le physicien Julian Schwinger a théorisé qu'en appliquant un champ électrique uniforme sur un vide, les paires d'électrons-posititrons seraient spontanément créées à partir de rien, à travers un phénomène appelé tunneling quantique.
Le problème de transformation de la théorie de la matière en présentant en réplicateurs ou transplicateurs Star Trek? Des champs électriques extrêmement élevés seraient nécessaires – FAR au-delà des limites de toute expérience physique directe.
En conséquence, l'effet de Schwinger à tort n'a jamais été vu.
Maintenant, les physiciens théoriciens de l'Université de la Colombie-Britannique (UBC) ont décrit un effet parallèle dans un système plus gérable. Dans leur modèle, ils remplacent un film mince d'hélium superfluide pour le vide et le flux de fond du superfluide pour le champ électrique massif.
« Helium-4 superfluid est une merveille. À quelques couches atomiques d'épaisseur, elle peut être refroidie très facilement à une température où elle est essentiellement dans un état d'aspirateur sans frottement », explique le Dr Philip Stamp, un théoricien de l'UBC travaillant sur la matière condensée et la gravité quantique, et l'auteur des résultats publiés en UBC PNA.
« Lorsque nous faisons ce débit de vide sans frottement, au lieu que des paires d'électrons-posititrons apparaissent, les paires vortex / anti-vortex apparaîtront spontanément, tournant dans des directions opposées les unes aux autres. »
Dans l'article, le collègue du Dr Stamp et de l'UBC, Michael Desrochers, décrit la théorie et les mathématiques derrière elle – élaborer une approche détaillée pour mener une expérience directe.
Le tunneling à l'aspirateur est un processus d'intérêt vif pour la mécanique quantique et la théorie des champs quantiques. Dans la théorie quantique, les aspirateurs ne sont pas vides, ils sont remplis de champs fluctuants qui peuvent conduire à l'apparence temporaire et à la disparition des particules virtuelles.
« Nous pensons que le film Helium-4 fournit un bel analogue à plusieurs phénomènes cosmiques », ajoute le Dr Stamp. « Le vide dans l'espace profond, les trous noirs quantiques, même le tout début de l'univers lui-même. Et ce sont des phénomènes que nous ne pouvons jamais approcher de manière expérimentale directe. »
Cependant, le Dr Stamp souligne que l'intérêt réel du travail peut résider moins dans les analogues – qui ont toujours des limites – et plus dans la façon dont il modifie notre compréhension des superfluides et des transitions de phase dans les systèmes bidimensionnels.
« Ce sont de vrais systèmes physiques à part entière, pas des analogues. Et nous pouvons faire des expériences à ce sujet. »
Au niveau mathématique, les chercheurs avaient besoin de plusieurs percées pour faire fonctionner la théorie. Par exemple, des chercheurs précédents examinant les tourbillons en superfluides ont traité la masse du vortex comme une constante immuable.
Le Dr Stamp et les Desrochers ont montré que cette masse variera considérablement à mesure que les tourbillons se déplacent, changeant fondamentalement notre compréhension des tourbillons dans les fluides et l'univers précoce.
« C'est excitant de comprendre comment et pourquoi la masse varie, et comment cela affecte notre compréhension des processus de tunneling quantique, qui sont omniprésents en physique, en chimie et en biologie », explique Desrochers.
Stamp soutient également que la même variabilité de masse se produira avec les paires d'électrons-positron dans l'effet de Schwinger, modifiant de là la théorie de Schwinger, dans une sorte de «vengeance de l'analogue».
