Într-o descoperire care sună ca o glumă de fizică fără punchline, cercetătorii au demonstrat pentru prima dată că fluctuațiile cuantice dintr-un vid pot întări superconductivitatea, deschizând o nouă cale pentru controlul stărilor neobișnuite ale materiei. Da, golul vid își face acum treaba.

Studiul, publicat în Nature, a fost condus de profesorii Changgan Zeng și Guanghui Cheng de la Universitatea de Știință și Tehnologie a Chinei din cadrul Academiei Chineze de Științe. Colaborarea i-a inclus și pe profesorul Qingdong Jiang de la Universitatea Jiao Tong din Shanghai, profesorul Frank Wilczek de la Institutul de Tehnologie din Massachusetts și alți cercetători. Cam multe nume distinse pentru a demonstra că nimicul face ceva.

În limbaj obișnuit, un vid poate suna ca un spațiu complet gol. Fizica cuantică pictează o imagine foarte diferită. Conform electrodinamicii cuantice și principiului incertitudinii al lui Heisenberg, chiar și starea de energie cea mai joasă nu este niciodată perfect nemișcată. Particulele virtuale apar și dispar continuu, producând un fundal permanent de fluctuații cuantice. Așa că data viitoare când cineva te numește o prezență vidă, mulțumește-i pentru compliment.

Aceste fluctuații nu sunt doar teoretice. Efectele lor au fost observate prin fenomene bine stabilite, cum ar fi deplasarea Lamb, emisia spontană și efectul Casimir. Deci da, universul se laudă în liniște de zeci de ani.

Timp de mai mulți ani, echipele conduse de Zeng și Cheng au investigat modul în care aceste fluctuații ale vidului afectează sistemele de materie condensată. Într-un studiu anterior, cercetătorii au arătat că puteau manipula direct fluctuațiile vidului folosind un câmp magnetic pentru a comuta reversibil forța Casimir între atracție și repulsie. Acest rezultat a ridicat o întrebare mai amplă: pot fi folosite fluctuațiile cuantice ale vidului și pentru a controla stările cuantice macroscopice?

Grupul lui Jiang a abordat aceeași problemă dintr-o perspectivă teoretică, studiind modul în care mediile cuantice de vid proiectate ar putea influența diferite stări ale materiei. Cercetătorii au introdus conceptul de „vidronică”, în care medii de vid special proiectate sunt folosite pentru a controla comportamentul electronic și fotonic. Acea lucrare teoretică a ajutat la furnizarea unui cadru pentru înțelegerea îmbunătățirii superconductivității observate în noile experimente.

„Fluctuațiile vidului în spațiul liber sunt în general prea slabe pentru a produce efecte observabile în sistemele macroscopice de materie condensată”, a spus prof. Zeng. „Pentru a depăși această limitare, am introdus un rezonator cu inel despicat în teraherți. O astfel de cavitate întunecată poate remodela mediul electromagnetic și poate amplifica substanțial fluctuațiile vidului.”

Pentru a testa ideea experimental, cercetătorii au plasat superconductorul NbSe2 într-o cavitate întunecată în teraherți. Aceasta a creat un sistem cuplat în care materialul superconductor a interacționat cu mediul electromagnetic special proiectat din interiorul cavității. Echipa a comparat apoi comportamentul superconductor al materialului în interiorul și în afara cavității. Rezultatele au arătat că plasarea NbSe2 în cavitate a crescut semnificativ temperatura critică de superconductivitate, temperatura sub care materialul intră în starea sa superconductorare.

„Am observat că temperatura critică poate crește cu până la 5,4% într-un dispozitiv NbSe2 cu șase straturi, în timp ce curentul critic și câmpul magnetic critic sunt semnificativ amplificate în apropierea tranziției superconductoare”, a spus prof. Cheng. „Aceasta reprezintă prima observare experimentală a superconductivității îmbunătățite de fluctuațiile vidului.” Exact: o creștere de 5,4% de la ceea ce este în esență zgomotul de fundal al universului.

Cercetătorii au efectuat o serie de experimente de control pentru a determina dacă efectul ar putea fi explicat prin modificări mai convenționale ale materialului. Au variat mai multe proprietăți ale configurației, inclusiv geometria cavității, frecvența caracteristică, grosimile materialelor, materialele dielectrice și benzile metalice. Rezultatele a