Vidul cuantic: când ”nimicul” este, de fapt, ”ceva”

Ștefan Ataman: Vidul nu este un loc gol, ci un mediu activ, cu fluctuații, care dau naștere la un număr mare dintre fenomenele care ne înconjoară.

Despre vid - care nu e ceea pare, adică nimic, despre emisia spontană - cheia funcționării laserelor, despre birefringența Vidului - o frontieră încă neexplorată dar și despre provocările și progresele în cercetarea vidului. Și nu doar - la Știința 360, cu Ștefan Ataman, dr.ing, cercetător științific gradul II în Departamentul Experimentelor Laser -Gamma (Laser Gamma Experiments Department, https://www.eli-np.ro/rd5.php) de la ELI-NP de la Măgurele ((https://www.eli-np.ro/).

Domeniul său de activitate este fizica teoretică - optică si electrodinamică cuantică (iar cercetările sale permit estimarea parametrilor care influențează evoluția sistemelor cuantice, cum ar fi laserele utilizate în interferometrie) dar și birefringența vidului.

Ștefan Ataman are un doctorat în domeniul prelucrării semnalului (Université Paris XI (Paris-Sud), Franța, 2004) și este laureat al Premiului „Ștefan Procopiu” al Academiei Române pentru anul 2022, premiu acordat de Secția ȘTIINȚE FIZICE pentru ”Contribuții la teoria informației cuantice” în data de 4 decembrie 2024 (https://acad.ro/institutia/acte/premii/2022.pdf).

”Clasic, vidul, într-adevăr, e nimic. Dacă ne limităm la ce știam până la, să zicem, 1900, putem să ne imaginăm că luăm un metru cub de aer, îl aspirăm total, îl băgăm într-o incintă închisă și putem să zicem că acolo nu mai e nimic. Dar de când cunoaștem mecanica cuantică, știm că acest lucru nu mai este posibil.

Vidul nu poate să fie chiar gol, avema ceste fluctuații ale vidului care dau naștere la un număr mare de fenomene care ne înconjoară.

”Cel mai” - emisia spontană. (...) Dacă ne oprim la ecuația lui Schrödinger, nu înțelegem ce se întâmplă.Trebuie să cuplăm atomul cu nimicul, cu vidul, și atunci atomul ce zice, ”am un foton în plus, vreau să-l dau”. Și trimite acel foton vidului.Și în momentul ăla se dezexcită. Dacă, de exemplu, vidul ar fi clasic, atomul odată excitat, acolo rămân forever and ever.

(...) Asta o spune și practica, pentru că altfel n-am putea explica tot ce vedem în jurul nostru, orice, inclusiv laserul nu ar funcționa.

Laserul pleacă printr-o emisie spontană. Și aici fac o scurtă paranteză: primul care a introdus acest lucru este Einstein. În 1917, într-un articol celebru, oricine lucrează astăzi cu laserul știe de coeficienții A și B ai lui Einstein.

Einstein a introdus coeficientul A de emisie spontană și coeficientul B de emisie stimulată. Laserul se bazează pe emisia stimulată, dar pleacă de la emisia spontană. Practic, în acel mediu al laserului, la un moment dat, un atom zice ”Eu am un foton în plus, drum bun”.

(...) Nu s-a întâmplat nimic, așa cum a fost cazul cu multe din teoriile lui Einstein, imediat, că în știință, în general, când apare o idee, durează.. Adică în 1917, era o teorie încă fenomenologică, mecanică, cuantică (...). În 1960 a apărut primul laser. A durat ceva. Einstein nu mai era în viață când a apărut primul laser.Teoria laserilor (...) era o teorie semi-clasică, dar suficientă.Teoria, de altfel, complet cuantică, care cuprinde și atom și lumină, optica cuantică, a apărut în 1963.”

La ELI-NP, Ștefan Ataman studiază și birefringența vidului, o temă de cercetare avansată, care investighează modul în care un câmp electric puternic poate afecta comportamentul vidului și care nu este lipsită de provocări tehnologice.

”Da, e tema mea favorită. Există o componentă teoretică, iar eu fac teorie.Și componenta asta teoretică a fost gândită ca să testăm lucruri care încă nu au fost testate.Și ideea de laserii de putere foarte mare, care datează de prin 2006, de-acolo vine: pentru atesta un sector din electrodinamica cuantică, acela care nu a fost testat niciodată. Acest sector spus ”nonperturbativ”. În care intră mai multe efecte, între care și birefringența vidului cuantic (...) Ăsta este scopul acestui laser atât de puternic (de 10 Petawați de la ELI-NP, n.r.) de a explora niște frontiere care încă nu au fost trecute.”

Pe larg, și nu doar despre acestea, la Știința 360, realizatoare Corina Negrea.