Dans une avancée révolutionnaire, des chercheurs des universités d'Oxford et de Lisbonne ont simulé en trois dimensions et en temps réel comment le vide quantique peut générer de la lumière. Cette découverte, publiée dans Communications Physics, marque une étape importante vers la compréhension de la nature fondamentale de l'espace et de l'énergie.
Les travaux de l'équipe se concentrent sur l'interaction de quatre ondes dans le vide quantique. Plus précisément, ils ont démontré que, dans des conditions spécifiques, trois faisceaux laser peuvent générer une quatrième onde électromagnétique, créant ainsi de la lumière à partir de l'espace apparemment vide. Ce phénomène, prédit théoriquement, a désormais été modélisé par calcul avec une résolution sans précédent.
La simulation, utilisant une version étendue du code OSIRIS, intègre des équations non linéaires dérivées du lagrangien de Heisenberg-Euler. Cela permet aux chercheurs de modéliser le comportement des champs électriques et magnétiques dans des conditions extrêmes. La simulation calcule non seulement le résultat final, mais permet également une observation étape par étape de la formation de l'impulsion lumineuse en temps réel.
Contrairement aux modèles précédents, cette simulation intègre des profils laser réalistes, notamment la largeur, la durée et l'angle d'incidence. Cette approche détaillée fournit une base pour la préparation d'expériences réelles dans des installations telles que l'Extreme Light Infrastructure (ELI) en Europe et le projet Vulcan 20-20 au Royaume-Uni. L'impulsion générée se propage à une vitesse proche de celle de la lumière, confirmant son comportement en tant que photon.
Cette recherche pourrait également aider à la recherche de particules hypothétiques, telles que les axions, qui sont des composants potentiels de la matière noire. La capacité à induire des effets dans le vide quantique ouvre de nouvelles voies pour explorer des territoires au-delà de la physique des particules traditionnelle. La simulation offre des données précieuses pour la conception expérimentale, notamment la durée exacte, l'heure d'arrivée et l'intensité maximale de l'impulsion générée.
Cette avancée intervient alors qu'une nouvelle génération de lasers ultra-intenses devient opérationnelle. Des installations comme ELI, SEL en Chine et le système OPAL aux États-Unis auront bientôt la puissance nécessaire pour reproduire les conditions simulées. Cela marque un passage de l'expérimentation aveugle à une feuille de route indiquant comment, quand et où la lumière peut émerger du vide.
Ces travaux soulignent l'idée que le vide n'est pas seulement une toile de fond, mais un acteur dynamique avec ses propres propriétés. La capacité de créer de la lumière à partir du vide en utilisant uniquement la lumière nous oblige à repenser les concepts fondamentaux de l'énergie, de la matière et de l'espace, ce qui représente un pas vers une nouvelle physique expérimentale de l'invisible.