宇宙物理学的突破科学家从真空中产生粒子反粒子对

　　曼彻斯特大学的研究人员成功地观察到了所谓的施温格效应（Schwingereffect），这是一个难以捉摸的过程，通常只发生在宇宙事件中。通过通过专门设计的基于石墨烯的设备施加高电流，该团队位于国家石墨烯研究所成功地从真空中产生了粒子反粒子对。
　　真空被认为没有任何物质或基本粒子。然而，诺贝尔奖得主朱利安施温格（JulianSchwinger）在70年前就预言，强烈的电场或磁场可以打破真空并自发地创造基本粒子。
　　这需要真正具有宇宙强度的场，如磁星周围的场，或在带电核的高能碰撞中横向产生的场。粒子物理学的一个长期目标是通过实验来探测这些理论预测，目前在世界各地的高能对撞机上计划了一些实验。
　　现在，研究小组由另一位诺贝尔奖获得者安德烈海姆爵士教授领导，与来自英国、西班牙、美国和日本的同事合作已经使用石墨烯来模拟施温格产生的电子和正电子对。
　　在2022年1月的《科学》杂志上，他们报告了特别设计的装置，如由石墨烯制成的狭窄收缩体和超晶格，这使得研究人员能够在一个简单的、桌面上的装置中实现异常强大的电场。清楚地观察到了电子和空穴对的自发产生（空穴是正电子的固态类似物），该过程的细节与理论预测非常一致。
　　科学家们还观察到另一个不寻常的高能过程，到目前为止，在粒子物理学和天体物理学中还没有类似的过程。他们在模拟的真空中注入电子，并将其加速到石墨烯真空所允许的最大速度，即光速的1300。在这一点上，一些看似不可能的事情发生了：电子似乎变得超光，提供的电流高于量子凝聚态物理学的一般规则所允许的电流。这种效应的起源被解释为自发地产生了额外的电荷载体（空穴）。研究小组提供的对这一过程的理论描述与施温格对的描述相当不同。
　　人们通常使用微小的电场来研究电子特性，这使得分析和理论描述更加容易。论文的第一作者AlexeyBerduygin博士说：我们决定使用不同的实验技巧尽可能地推动电场的强度，以免烧毁我们的设备。
　　共同第一作者NaXin博士补充说：我们只是想知道在这种极端情况下会发生什么。令我们惊讶的是，这是施温格效应，而不是从我们的装置中喷出的烟雾。
　　另一位主要贡献者RoshanKrishnaKumar博士说：当我们第一次看到我们的超晶格装置的壮观特性时，我们想‘哇。。。。。。这可能是某种新的超导性’。尽管这种反应与在超导体中常规观察到的反应非常相似，但我们很快发现，这种令人困惑的行为不是超导，而是天体物理学和粒子物理学领域的东西。在遥远的学科之间看到这样的相似之处是很奇怪的。
　　这项研究对于未来基于二维量子材料的电子设备的发展也很重要，并为由石墨烯制成的布线建立了限制，而石墨烯已经因其维持超高电流的卓越能力而闻名。