Felly mae'r gwacter hwnnw'n peidio â bod yn wag

Mae gwactod yn fan lle mae llawer yn digwydd, hyd yn oed os nad ydych chi'n ei weld. Fodd bynnag, mae'n cymryd cymaint o egni i ddarganfod beth yn union yr oedd yn ymddangos yn amhosibl tan yn ddiweddar i wyddonwyr edrych i mewn i fyd gronynnau rhithwir. Pan fydd rhai pobl yn stopio mewn sefyllfa o'r fath, mae'n amhosibl i eraill eu hannog i geisio.

Yn ôl theori cwantwm, mae gofod gwag yn cael ei lenwi â gronynnau rhithwir sy'n curo rhwng bod a pheidio â bod. Maen nhw hefyd yn gwbl anghanfyddadwy - oni bai bod gennym ni rywbeth pwerus i ddod o hyd iddyn nhw.

“Fel arfer, pan fydd pobl yn siarad am wactod, maen nhw'n golygu rhywbeth sy'n hollol wag,” meddai'r ffisegydd damcaniaethol Mattias Marklund o Brifysgol Technoleg Chalmers yn Gothenburg, Sweden yn rhifyn mis Ionawr o NewScientist.

Mae'n ymddangos y gall y laser ddangos nad yw mor wag â hynny o gwbl.

Electron mewn ystyr ystadegol

Mae gronynnau rhithwir yn gysyniad mathemategol mewn damcaniaethau maes cwantwm. Maent yn ronynnau ffisegol sy'n amlygu eu presenoldeb trwy ryngweithiadau, ond yn torri egwyddor plisgyn y màs.

Mae gronynnau rhith yn ymddangos yng ngweithiau Richard Feynman. Yn ôl ei ddamcaniaeth, mae pob gronyn ffisegol mewn gwirionedd yn conglomerate o ronynnau rhithwir. Mae electron ffisegol mewn gwirionedd yn electron rhithwir sy'n allyrru ffotonau rhithwir, sy'n dadfeilio i mewn i barau electron-positron rhithwir, sydd yn eu tro yn rhyngweithio â ffotonau rhithwir - ac yn y blaen yn ddiddiwedd. Mae'r electron "corfforol" yn broses barhaus o ryngweithio rhwng rhith-electronau, positronau, ffotonau, ac o bosibl gronynnau eraill. Cysyniad ystadegol yw "realiti" electron. Mae'n amhosib dweud pa ran o'r set hon sy'n wirioneddol real. Ni wyddys ond bod swm gwefrau’r holl ronynnau hyn yn arwain at wefr yr electron (h.y., i’w roi’n syml, mae’n rhaid cael un rhith-electron yn fwy na’r rhith-positronau) a bod swm y masau o mae'r holl ronynnau yn creu màs yr electron.

Mae parau electron-positron yn cael eu ffurfio yn y gwactod. Bydd unrhyw ronyn â gwefr bositif, e.e. proton, yn denu’r rhith-electronau hyn ac yn gwrthyrru positronau (gyda chymorth ffotonau rhithwir). Gelwir y ffenomen hon yn polareiddio gwactod. Parau electron-positron wedi'u cylchdroi gan broton

maent yn ffurfio deupolau bach sy'n newid maes y proton gyda'u maes trydan. Felly nid gwefr drydanol y proton rydym yn ei fesur yw gwefr y proton ei hun, ond y system gyfan, gan gynnwys y parau rhithwir.

Laser i mewn i wactod

Mae'r rheswm rydyn ni'n credu bod gronynnau rhithwir yn bodoli yn mynd yn ôl i hanfodion electrodynameg cwantwm (QED), cangen o ffiseg sy'n ceisio esbonio rhyngweithiad ffotonau ag electronau. Ers i'r ddamcaniaeth gael ei datblygu yn y 30au, mae ffisegwyr wedi bod yn pendroni sut i ddelio â'r broblem o ronynnau sy'n angenrheidiol yn fathemategol ond na ellir eu gweld, eu clywed na'u teimlo.

Mae'r QED yn dangos, yn ddamcaniaethol, os byddwn yn creu maes trydan digon cryf, yna bydd yr electronau rhithwir sy'n cyd-fynd (neu sy'n ffurfio conglomerate ystadegol o'r enw electron) yn datgelu eu presenoldeb a bydd yn bosibl eu canfod. Rhaid i'r egni sydd ei angen ar gyfer hyn gyrraedd a rhagori ar y terfyn a elwir yn derfyn Schwinger, ac y tu hwnt iddo, fel y'i mynegir yn ffigurol, mae'r gwactod yn colli ei briodweddau clasurol ac yn peidio â bod yn "wag". Pam nad yw mor syml â hynny? Yn ôl y rhagdybiaethau, mae'n rhaid i'r swm gofynnol o ynni fod cymaint â chyfanswm yr ynni a gynhyrchir gan bob gorsaf bŵer yn y byd - biliwn o weithiau arall.

Mae'r peth yn ymddangos y tu hwnt i'n cyrraedd. Fel y mae'n digwydd, fodd bynnag, nid o reidrwydd os yw rhywun yn defnyddio'r dechneg laser o gorbys optegol hynod fyr, dwysedd uchel, a ddatblygwyd yn yr 80au gan enillwyr Gwobr Nobel y llynedd Gérard Mourou a Donna Strickland. Dywedodd Mourou ei hun yn agored fod y pwerau giga-, tera-, a hyd yn oed petawat a gyflawnwyd yn yr uwchluniau laser hyn yn creu cyfle i dorri'r gwactod. Ymgorfforwyd ei gysyniadau yn y prosiect Seilwaith Ysgafn Eithafol (ELI), a gefnogir gan gronfeydd Ewropeaidd ac a ddatblygwyd yn Rwmania. Mae dau lasers 10-petawat ger Bucharest y mae gwyddonwyr am eu defnyddio i oresgyn terfyn Schwinger.

Fodd bynnag, hyd yn oed os llwyddwn i dorri'r cyfyngiadau ynni, mae'r canlyniad - a'r hyn a fydd yn ymddangos i lygaid ffisegwyr yn y pen draw - yn parhau i fod yn ansicr iawn. Yn achos gronynnau rhithwir, mae'r fethodoleg ymchwil yn dechrau methu, ac nid yw'r cyfrifiadau bellach yn gwneud synnwyr. Mae cyfrifiad syml hefyd yn dangos bod y ddau laser ELI yn cynhyrchu rhy ychydig o egni. Mae hyd yn oed pedwar bwndel cyfun yn dal i fod 10 gwaith yn llai na'r angen. Fodd bynnag, nid yw gwyddonwyr yn cael eu digalonni gan hyn, oherwydd eu bod yn ystyried nad yw'r terfyn hud hwn yn derfyn untro miniog, ond yn faes newid graddol. Felly maen nhw'n gobeithio am rai effeithiau rhithwir hyd yn oed gyda dosau llai o egni.

Mae gan ymchwilwyr syniadau amrywiol ar sut i gryfhau'r trawstiau laser. Un ohonynt yw'r cysyniad eithaf egsotig o adlewyrchu a chwyddo drychau sy'n teithio ar gyflymder golau. Mae syniadau eraill yn cynnwys ymhelaethu ar y trawstiau trwy wrthdaro trawstiau ffoton â thrawstiau electron neu wrthdrawiad trawstiau laser, y dywedir bod gwyddonwyr yng nghanolfan ymchwil Tsieineaidd Station of Extreme Light yn Shanghai yn fodlon ei wneud. Mae gwrthdrawiad mawr o ffotonau neu electronau yn gysyniad newydd a diddorol sy'n werth ei arsylwi.