Вчені створили світло з нічого — поки що у симуляції

Фізикам добре відомо, що вакуум насправді не є абсолютно пустим. Всередині цієї порожнечі безперервно виникають та зникають віртуальні частинки.

Наразі команді фізиків з Оксфордського університету та Вищого технічного інституту в Лісабоні вдалось вперше змоделювати, як виглядатиме світло, що виникло у вакуумі і раптово зробило невидимі квантові флуктуації видимими. Метою цього експеримента є підтвердження одного з найдивніших передбачень квантової електродинаміки, що світло може взаємодіяти саме з собою у вакуумі, створюючи нові промені. 

Моделювання, яке використовувалось у дослідженні, дозволяє науковцям набагато краще дослідити квантові ефекти у вакуумі. Лазерні промені, сфокусовані і досить інтенсивні, можуть активувати віртуальні частки і змушувати фотони розсіюватися один від одного. 

Основою дослідження слугував квантовий ефект, відомий як вакуумне чотирихвильове змішування. У звичайних умовах промені світла проходять один крізь одного без перешкод. Однак у квантовому вакуумі, повному віртуальних частинок, інтенсивні електромагнітні поля можуть змінювати поведінку фотонів. 

За допомогою потужних обчислювальних інструментів на платформі моделювання OSIRIS науковці змогли відтворити ці квантові ефекти із надзвичайними подробицями. Зокрема, дослідники продемонстрували, як три віртуальні лазерні промені, що перетинаються, можуть створювати четвертий промінь виключно зі зміненого вакууму. 

Моделювання не тільки підтверджує давні передбачення квантової електродинаміки, воно також демонструє реальні фактори, серед яких неідеальне вирівнювання пучка або асиметрія у фокусі, що може вплинути на кінцевий результат. Оскільки сучасні лазери стають все більш потужними, з’являється можливість у реальних умовах відтворити ці квантові ефекти і спостерігати їх безпосередньо. 

Окрім цього симуляції відтворюють поведінку квантового вакууму не тільки у просторі, а й в часі. Вчені також моделювали вакуумне подвійне променезаломлення — коли поляризація світла змінюється внаслідок проходження через потужні електромагнітні поля. 

Такі платформи для моделювання як OSIRIS можуть бути використані науковцями для пошуку екзотичних частинок, зокрема аксіонів та слабозаряджених частинок, які можуть представляти собою темну матерію. Моделювання, проведене командою, вже дало один відчутний результат: чіткішу картину того, як виявити мерехтіння світла у вакуумі. 

Результати дослідження опубліковані у журналі Communications Physics

Джерело: ZMEScience