凝聚态物理的“施温格效应”:超流体中的涡旋隧穿效应
量子真空的概念是现代物理学中最深刻、最反直觉的观点之一。它并非虚空,而是充满了根据海森堡不确定性原理瞬间产生又湮灭的虚粒子。量子场论中最引人入胜的预测之一是,一个足够强的外部场可以使这种真空变得不稳定,从而自发地产生真实、可观测的粒子。这种现象被称为施温格效应
量子真空的概念是现代物理学中最深刻、最反直觉的观点之一。它并非虚空,而是充满了根据海森堡不确定性原理瞬间产生又湮灭的虚粒子。量子场论中最引人入胜的预测之一是,一个足够强的外部场可以使这种真空变得不稳定,从而自发地产生真实、可观测的粒子。这种现象被称为施温格效应
当朱利安·施温格在1951年提出“真空中能凭空产生电子-正电子对”的预言时,连他自己或许都未曾想到,这一被后世称为“施温格效应”的理论,会在七十多年后以一种近乎“曲线救国”的方式走进实验室。
物理学家Philip Stamp与Michael Desrochers联合提出,用超流体氦薄膜模拟真空环境,成功在实验模型中重现了施温格效应的核心机制。
面对这一看似不可逾越的技术鸿沟,科学家们开始思考:是否存在某种巧妙的方法,能够在不需要如此极端条件的情况下,依然观测到施温格效应的本质特征?答案就藏在一种看似平凡却拥有神奇特性的物质中:超流体氦。
在物理学的世界里,有一个几乎像神话一样的预言:在极强电场下,真空可以凭空生出粒子对。这个现象叫“施温格效应”,由诺贝尔奖得主朱利安·施温格在1951年提出,理论完美,逻辑自洽,却70多年都没人能真正看到它的影子——因为它要求的电场强度太离谱,实验室根本造不出来
七十多年来,物理学家一直无法观测到朱利安·施温格在1951年预言的神秘现象——在强电场作用下,真空中会凭空产生电子-正电子对。这一被称为施温格效应的量子隧道现象需要极其强大的电场,远超任何实验室所能达到的极限。如今,不列颠哥伦比亚大学的理论物理学家找到了破解这