За някои физици измерването на спектъра от малките вълни в празното пространство е цел от десетилетия, но досега никой не е намерил добър начин да го постигне.

Сега физиците от ETH Zurich умело са използвали лазерни импулси, за да разберат квантовата природа на вакуума, постигайки нещо съществено в опитите да бъде измерено абсолютното нищо.

Нашата Вселена е фундаментално грапава. Подобно на чисто платно, което все още предстои да бъде нарисувано, има текстура под голата реалност, която предстои да открием.

Това, което приемаме за пълно отсъствие на материя и радиация, е безкрайно поле от възможности, от което се появяват частиците. Всъщност има поле за всяка елементарна частица, което просто чака достатъчно енергия, за да дефинира ключовите характеристики на нейното съществуване.

Всички тези частици са ограничени от странно правило - когато някои възможности се увеличават, други трябва да намалеят. Една частица може да бъде в точно определено местоположение, но тя ще има неясен импулс. Или обратното.

Този принцип на несигурност не се отнася само за частиците. Той се прилага към самото свободно поле.

Когато се отдалечим, онова празно платно на художника изглежда забележително гладко. По подобен начин, за продължителен период от време, количеството енергия в обем от празно пространство се изчислява на нула.

Но докато се фокусираме, за всеки един момент ставаме по-малко сигурни колко енергия ще намерим, което води до спектър от вероятности. 

Обикновено смятаме, че тази тъкан е случайна. Но има корелации, които могат да ни кажат нещо за природата на това вълнение.

"Вакуумните флуктуации на електромагнитното поле имат ясно видими последици и, наред с други неща, са отговорни за факта, че един атом може спонтанно да излъчва светлина", казва физикът Илеана-Кристина Бене-Хелмус от Института за квантова електроника в ETH Zurich.

За да измерите повечето неща, трябва да установите начална точка. За съжаление за нещо, което вече е в най-ниското си енергийно състояние, това е малко като измерване на силата на удар от неподвижен юмрук.

"Традиционните детектори за светлина като фотодиодите се основават на принципа, че светлинните частици, и следователно - енергията, се абсорбират от детектора", казва Бена-Хелмус.

Обратно на това, от вакуума, който представлява най-ниското енергийно състояние на една физическа система, не може да бъде извлечена никаква друга енергия."

Вместо да измерва преноса на енергия от празно поле, екипът е измислил начин да търси сигнатурите на неговите фини промени на вероятностите в поляризацията на фотоните.

Сравнявайки два лазерни импулса с дължина един трилионна от секундата, изпратени през супер-студен кристал в различни времена и места, екипът може да определи как празното пространство между атомите на кристала влияе на светлината.

"Все пак измерваният сигнал е съвсем малък и наистина трябваше да извлечем максималните си експериментални възможности за измерване на много малки полета", казва физикът Жером Файст.

Малки е слабо казано. Това квантово „мръдване“ е толкова малко, че се нуждаели от един трилион наблюдения за всяко сравнение, само за да са сигурни, че измерванията са легитимни.

Измерванията им позволяват да определят финия спектър на електромагнитното поле в неговото основно състояние.

Овладяването на ефективно празното пространство е нещо голямо в квантовата физика.

Наскоро друг екип от физици се опита да постави ограничения на шума във вакуума при стайна температура, за да подобри функционалността на детектора за гравитационни вълни LIGO.

В бъдеще ще ни трябват още изследвания, ако искаме да разберем тъканта, върху която е нарисувана Вселената.

Това изследване е публикувано в Nature.