Vonken uit het vacuüm trekken

Een groep natuurkundigen claimt uit het vacuüm, dus letterlijk uit het niets, lichtflitsen te hebben opgewekt. Als dit klopt, vormt het een prachtige bevestiging van de quantummechanica. Niet voor niets spreken vakgenoten in Nature al van een indrukwekkend resultaat. De onderzoekers, verbonden aan Chalmers University in Zweden, presenteren hun bevindingen deze week op een conferentie in Padua en hebben deze tevens gepubliceerd op de preprint server arXiv.org.

Dat zelfs het niets een invloed kan uitoefenen, is het gevolg van een van de bekendste wetten uit de quantummechanica, de onzekerheidsrelatie van Heisenberg. Die zegt dat het onmogelijk is om bepaalde fysische grootheden zoals energie en tijd, tegelijkertijd met een oneindige nauwkeurigheid te meten. Dat betekent dat zelfs in een ‘ideaal’ vacuüm continu fotonen (lichtdeeltjes) opduiken om daarna razendsnel weer te verdwijnen. Hun bestaan schendt de wet-van-behoud-van-energie, maar van Heisenberg mag dat, als het maar niet te lang duurt.

In theorie zijn virtuele fotonen zichtbaar te maken. Daarvoor is een spiegel nodig die met hoge snelheid voortbeweegt. In dat geval neemt de spiegel energie van virtuele fotonen op om deze als echte fotonen weer uit te zenden. Om een meetbaar effect te krijgen, moet de spiegel wel met bijna de lichtsnelheid voortbewegen. Dat maakt experimentele bevestiging van dit effect erg lastig. De onderzoekers gebruikten daarom een SQUID, een gevoelige detector voor magnetische velden. Die gedraagt zich als een spiegel, maar dan voor microgolven. Door een magnetisch veld snel van richting te laten veranderen, wiebelde de SQUID mee met een snelheid van 15.000 kilometer per seconde, zo’n 5 procent van de lichtsnelheid. Dat bleek net voldoende om uit het niets een regen van fotonen op te wekken met de frequentie die de quantummechanica voorspelde.

Rob van den Berg