无中生有的魔术 用激光探寻虚粒子

是否有无物质存在于真空中？

在遥远缥缈的太空中，有着许多虚无冷寂的空间，这里距离其他星辰都很远，没有一丝气体，甚至连一个原子也找不到。这些广阔空洞的区域被称为真空。

20世纪初，物理学迎来了两次伟大的变革—相对论和量子力学。爱因斯坦用狭义的相对论证实，电磁场本身也是一种物质，而电磁波是这种物质的一种运动方式，它不需要依赖“以太”就可以在空间中传播。

不过，在奇妙的量子世界中，一切皆有可能。在狄拉克方程的激励下，物理学家继续潜心研究了20年，终于找到了可以揭示真空奥秘的全新的量子理论，它就是量子电动力学。

量子电动力学是在量子力学和相对论的基础上发展而来的，它以“量子场”作为研究对象，这种学科也被称为“量子场论”。简单说来，“量子场论”将一切物质都视为量子化的场，比如，电子是量子化的电子场，由于光子是非线性系统量子化的电磁场，而真空则是这些量子场的基态，所以不相当于我们数学上的“电磁场的零点”。

在量子力学的时空里，粒子或量子场即使处于能量最低的基态，仍然会有一个无法被剥夺的能量，这个能量叫做零点能。由于零点能的存在，量子场将在时空中振动，永远不会停下来。真空作为量子场的基态，其中没有实体粒子，但仍存在着场的振动，于极短的时间里会产生能量，然后迅速湮灭——这一现象叫做量子涨落。两位美国物理学家曾经分别通过实验证实了量子涨落。波利卡普·库什用磁共振技术观察真空中运动的电子，发现量子涨落可以屏蔽电子的自旋，改变电子的磁矩，被称为反常磁矩。这些现象的出现，使科学家们开始思考，宇宙中是否存在一种特殊的物质，它们可以影响电子的自旋，从而改变电子的磁矩。

（编辑：银川站长网）

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