格拉斯哥學(xué)院的研究人員成功地觀察到了所謂的“施溫格效應(yīng)”（），這是一個無法飄忽的過程，一般只發(fā)生在宇宙風(fēng)波中。通過通過專門設(shè)計的基于石墨烯的設(shè)備施加高電壓，該團(tuán)隊--坐落國家石墨烯研究所--成功地從真空中形成了粒子-反粒子對。
真空被覺得沒有任何物質(zhì)或基本粒子。但是，諾貝爾獎得主朱利安·施溫格（）在70年前就預(yù)言，強(qiáng)烈的電場或磁場可以打破真空并自發(fā)地創(chuàng)造基本粒子。
這須要真正具有宇宙硬度的場，如磁星周圍的場，或在帶電核的高能碰撞中縱向形成的場。粒子化學(xué)學(xué)的一個常年目標(biāo)是通過實驗來偵測這種理論預(yù)測，目前在世界各地的高能對撞機(jī)上計劃了一些實驗。
如今，研究小組--由另一位諾貝爾獎獲得者安德烈·海姆爵士院長領(lǐng)導(dǎo)，與來自美國、西班牙、美國和英國的朋友合作--早已使用石墨烯來模擬施溫格形成的電子和正電子對。
在2022年1月的《科學(xué)》雜志上，她們報告了非常設(shè)計的裝置，如由石墨烯制成的窄小收縮體和超晶格，這促使研究人員才能在一個簡單的、桌面上的裝置中實現(xiàn)異常強(qiáng)悍的電場。清楚地觀察到了電子和空穴對的自發(fā)形成（空穴是正電子的固態(tài)類似物）粒子天體物理學(xué)，該過程的細(xì)節(jié)與理論預(yù)測十分一致。
科學(xué)家們還觀察到另一個不尋常的高能過程，到目前為止，在粒子化學(xué)學(xué)和天體化學(xué)學(xué)中還沒有類似的過程。她們在模擬的真空中注入電子，并將其加速到石墨烯真空所容許的最大速率，即光速的1/300。在這一點上，一些看似不可能的事情發(fā)生了：電子雖然顯得超光，提供的電壓低于量子匯聚態(tài)化學(xué)學(xué)的通常規(guī)則所容許的電壓。這些效應(yīng)的起源被解釋為自發(fā)地形成了額外的電載荷體（空穴）。研究小組提供的對這一過程的理論描述與施溫格對的描述相當(dāng)不同。
“人們一般使用微小的電場來研究電子特點，這促使剖析和理論描述愈發(fā)容易。”論文的第一作者博士說：“我們決定使用不同的實驗方法盡可能地推進(jìn)電場的硬度，以免燒毀我們的設(shè)備。”
共同第一作者NaXin博士補(bǔ)充說：“我們只是想曉得在這些極端情況下會發(fā)生哪些。令我們吃驚的是，這是施溫格效應(yīng)粒子天體物理學(xué)，而不是從我們的裝置中噴吐的煙霧。”
另一位主要貢獻(xiàn)者Kumar博士說：“當(dāng)我們第一次聽到我們的超晶格裝置的壯麗特點時，我們想‘哇......這可能是某種新的超導(dǎo)性’。雖然這些反應(yīng)與在超導(dǎo)體中常規(guī)觀察到的反應(yīng)十分相像，但我們很快發(fā)覺，這些令人困擾的行為不是超導(dǎo)，而是天體化學(xué)學(xué)和粒子化學(xué)學(xué)領(lǐng)域的東西。在遙遠(yuǎn)的學(xué)科之間見到這樣的相像之處是很奇怪的。”
這項研究對于未來基于二維量子材料的電子設(shè)備的發(fā)展也很重要，并為由石墨烯制成的布線構(gòu)建了限制，而石墨烯早已因其維持超高電壓的卓越能力而蜚聲。