Свет, извлечен из тьмы в шокирующем квантовом моделировании

Исследование, опубликованное в журнале Communications Physics , демонстрирует, как взаимодействие трех мощных лазерных лучей может генерировать четвертый луч света из квантового вакуума — области пространства, которая, хотя и кажется пустой, кишит невидимой активностью.

Работая в сотрудничестве с Instituto Superior Técnico Лиссабонского университета, исследователи провели первые трехмерные симуляции этого явления в реальном времени с использованием специализированного программного обеспечения OSIRIS.

Эти симуляции показывают, как интенсивные электромагнитные поля лазеров могут нарушать так называемый квантовый вакуум, заставляя виртуальные пары электронов и позитронов реагировать таким образом, что фотоны (частицы света) начинают взаимодействовать друг с другом.

Этот эффект, известный как «четырехволновое смешение в вакууме», позволяет фотонам отклоняться друг от друга, как бильярдные шары, создавая новый луч света. Это явление, которое до сих пор существовало только в теории, а теперь было точно воспроизведено компьютером.

«Это не просто академическое любопытство. Это важный шаг на пути к экспериментальному подтверждению квантовых эффектов, которые до сих пор существовали только в математических моделях», — пояснил профессор Питер Норрейс, соавтор исследования и сотрудник физического факультета Оксфордского университета.

Открытие приобретает еще большее значение с неизбежной активацией нового поколения сверхмощных лазерных установок по всему миру.

К ним относятся Vulcan 20-20 в Великобритании, European Extreme Light Infrastructure (ELI) и проекты SEL и SHINE в Китае. Эти платформы могут достичь достаточной мощности для первой лабораторной проверки этого явления.

В Соединенных Штатах его даже выбрали в качестве одного из трех основных экспериментов в будущей 25-петаваттной лазерной системе OPAL, разработанной Рочестерским университетом. Цзысинь Чжан, ведущий автор исследования и аспирант Оксфорда, прокомментировал:

«Наша вычислительная модель позволяет нам в мельчайших подробностях наблюдать, как это взаимодействие развивается в квантовом вакууме. Мы фиксируем квантовые сигнатуры процесса, ключевые моменты времени и то, как небольшие изменения в форме пучков могут изменить результаты».

Помимо этого открытия, моделирование можно также использовать для планирования экспериментов по поиску гипотетических частиц, таких как аксионы или частицы с минимальными зарядами, возможных компонентов таинственной темной материи.

Луис Сильва, соавтор исследования и приглашенный профессор Оксфорда, подчеркнул:

«Будущее фундаментальной физики создается сейчас, объединяя сверхвысокоинтенсивные лазеры, современные детекторы и численные модели, подобные той, которую мы разработали. Это открывает новые двери для исследования пределов известной Вселенной».

Это достижение не только подтверждает, что квантовый вакуум — это далеко не простой «вакуум», но и предполагает, что свет — символ знания и существования — может буквально возникнуть из ничего.

источник