術語簡介
按照現今的量子場理論（Quantum Field Theory），真空中充滿了“虛粒子”（Virtual
Particle），任何一個振動著的物體都會受到其影響而減速。正如搖擺著的緩衝器受到摩
擦會噴射出火花一樣，振動物體與虛粒子之間的摩擦也會造成產生光子的噴射。研究者們
在五月二十六日出版的《物理學評論快報》（Physical Review Letters）上發表的最新文
章中提出了用一個小的反射諧振腔（Reflective Cavity）來探測這種效應。諧振腔的一端
不斷振動，由此造成的從真空極化產生的光子在諧振腔中來回反射，並且由超冷原子（Ul
tracold Atoms）放大以便於探測。要完成這個實驗就要求將技術套用到極限，才能夠探測
到虛粒子對於運動物體的效應。
R. Onofrio / Dartmouth College & University of Padova
虛粒子的實化：
一端振動的諧振腔（上）導致光子從真空中產生出來，通過被超冷原子放大，當這些光離
開諧振腔的時候就能夠被觀察到（中、下）。這個實驗能夠展示出振動的物體受到虛粒子
造成的阻尼。
量子場論要求看起來什麼都沒有的“真空”並不是真的一無所有，而是充滿了虛粒子，這
些虛粒子是不斷產生和湮滅的光子。這些虛粒子會體現出稱為卡什米爾力（Casimir Forc
e）的可觀測效應，這在相距只有納米（Nanometer）距離的兩個物體之間能夠被測量到。
當一個小物體快速地振動的時候，會產生更為微弱的動力學卡什米爾效應（Dynamical Ca
simir Effect）。
光子-內部結構模型圖 比如說，這種小的物體可以是一個良導體（Ideal Conducting Surface
），在其表面上沒有平行於其表面的電場或是垂直於其表面的磁場。在這個良導體的四周
是量子真空，也就是說存在相互糾纏在一起的電磁場以及虛光子（Virtual Photon）。當
這個表面來回運動的時候就會使得周圍的電磁場產生規則的變化，變化的電磁場產生光子
。在這個過程中表面損失一部分的振盪能量，使得振動衰減。
來自英國新漢普郡（New Hampshire）達特胻ive Cavity）來探測這種效應。諧振腔的一端
不斷振動，由此造成的從真空極化產生的光子在諧振腔中來回反射，並且由超冷原子（Ul
tracold Atoms）放大以便於探測。要完成這個實驗就要求將技術套用到極限，才能夠探測
到虛粒子對於運動物體的效應。
R. Onofrio / Dartmouth College & University of Padova
虛粒子的實化：
一端振動的諧振腔（上）導致光子從真空中產生出來，通過被超冷原子放大，當這些光離
開諧振腔的時候就能夠被觀察到（中、下）。這個實驗能夠展示出振動的物體受到虛粒子
造成的阻尼。
量子場論要求看起來什麼都沒有的“真空”並不是真的一無所有，而是充滿了虛粒子，這
些虛粒子是不斷產生和湮滅的光子。這些虛粒子會體現出稱為卡什米爾力（Casimir Forc
e）的可觀測效應，這在相距只有納米（Nanometer）距離的兩個物體之間能夠被測量到。
當一個小物體快速地振動的時候，會產生更為微弱的動力學卡什米爾效應（Dynamical Ca
simir Effect）。比如說，這種小的物體可以是一個良導體（Ideal Conducting Surface
），在其表面上沒有平行於其表面的電場或是垂直於其表面的磁場。在這個良導體的四周
是量子真空，也就是說存在相互糾纏在一起的電磁場以及虛光子（Virtual Photon）。當
這個表面來回運動的時候就會使得周圍的電磁場產生規則的變化，變化的電磁場產生光子
。在這個過程中表面損失一部分的振盪能量，使得振動衰減。
來自英國新漢普郡（New Hampshire）達特茅斯學院（Dartmouth College）和義大利帕多
瓦大學（University of Padova）的Roberto Onofrio說：這個效應只能產生相對而言比較
少的光子，所以要想在諧振腔中探測到這些光子唯一的希望在於使它們能夠不斷聚集起來
，使得數量多到足以能夠被儀器探測到。Onofrio和他的同事們想像著在諧振腔的一端蒙上
一層薄的膠片，就像鼓上蒙著一層皮一樣，能夠產生光子並且捕獲它們。為了使這個構想
的實驗變得實際可行，研究者們必須能夠找到一種力學儀器來產生適合於被放大的光子。
目前他們已經發現並報導的膠片振盪的最高頻率是3吉赫茲（Gigahertz），這種膠片是由
氮化鋁（Aluminum Nitride）製成的。由於振蕩產生的光子是成對出現的，並且具有相等
的能量，所以這個裝置能夠產生處於微波波段（Microwave Spectrum）具有1.5吉赫茲能量
的光子。
在文中作者指出，雖然產生的光子的能量太低並且數量很少從而很難被觀測到，但是可以
用處於玻色-愛因斯坦凝聚（BEC: Bose-Einstein Condenstate）狀態的超冷原子進行放大
。光子所具有的1.5吉赫茲的能量剛好和鈉（Sodium）原子的兩個能級之間的能量差一致。
為了放大由卡什米爾效應產生的光子（Casimir Photon），首先必須用雷射將處於玻色-愛
因斯坦凝聚狀態的鈉原子激發到較高的能級。然後將卡什米爾效應產生的光子打到整個的
凝聚體上，這樣就可以觸發這些處於較高能級的鈉原子一起躍遷到較低的能級，兩能級之
間的能量差轉換成為光子，從而輻射出一大堆的光子。這個效應叫做超輻射（Superradia
nce），已經在實驗上被觀察到了，研究者們通過計算發現它能夠將卡什米爾效應產生的信
號放大十億倍。
來自加利福尼亞大學的Umar Mohideen認為這個建議是一個非常好的想法，而且對於實驗具
有挑戰性，它會推動納米製造和光測領域向前發展。來自位於維吉尼亞州諾福克Old Domi
nion University 的Charles Sukenik認為這個實驗看上去是可行的。他關心的重點是保持
一個高品質光諧振腔所遇到的困難。如果這個實驗成功，那將是又一個絕妙的實驗，可以
說明量子力學真空並不僅僅是一個理論上的構造。
