Kann ein Laserstrahl mit dem leeren Raum interagieren? Kann sich Licht selbst ablenken? Dies sind keine Science-Fiction-Konzepte, sondern reale Quanteneffekte, die Wissenschaftler jetzt mit unglaublicher Präzision modellieren.
Britische Physiker haben einen Algorithmus entwickelt, der in der Lage ist, zu berechnen, wie hochenergetische Photonen mit virtuellen Teilchen in einem Vakuum interagieren. Diese Teilchen, die den Gesetzen der Quantenmechanik unterliegen, erscheinen und verschwinden ständig und erzeugen effektiv ein Meer von Aktivität.
Der erstellte Simulator kann komplexe Effekte vorhersagen, die auftreten, wenn Licht durch Kristalle und Bereiche mit starken Magnetfeldern tritt. Der Algorithmus ist in das OSIRIS-Softwarepaket integriert, das häufig zur Modellierung von Hochleistungslasern verwendet wird.
Diese Forschung ist nicht nur theoretisch. Diese Berechnungen werden zur Grundlage für die Entwicklung von Hochleistungslasern im nächsten Jahrzehnt und werden dazu beitragen, Quanteneffekte zu untersuchen, über die bisher nur spekuliert wurde.
„Diese Berechnungen sind nicht nur aus akademischer Sicht wichtig, sondern auch, weil sie dazu beitragen können, Quanteneffekte experimentell zu bestätigen, über die wir bisher nur spekulieren konnten“, sagt Professor Peter Norreys von der Universität Oxford.
Es stellt sich heraus, dass das Verhalten von Licht im Vakuum alles andere als einfach ist. Bei hohen Energien beginnen exotische Effekte aufzutreten: Photonen können an „unsichtbaren“ Objekten gestreut werden, von ihrem Kurs abweichen und sogar miteinander interagieren. Dies schafft Probleme, gibt Wissenschaftlern aber auch die Möglichkeit, neue Entdeckungen zu machen, wie z. B. die Erzeugung von Positronen und anderen Antimaterieteilchen.
„Unser Algorithmus hat ein Fenster in die Quantenwelt des Vakuums geöffnet. Wir konnten alle Schlüsselfenomene modellieren, die auftreten, wenn Laserstrahlen in einem Kristall kollidieren. Dies ist der Beginn des Weges zum Verständnis noch komplexerer Strukturen im Licht selbst“, bemerkt der Wissenschaftler John Zyskin aus Oxford.
Vakuum (vom lateinischen vacuum - leer) ist ein Raum, der frei von Materie ist. In der Technologie und angewandten Physik soll ein Medium einen Druck aufweisen, der deutlich niedriger ist als der atmosphärische Druck.