In un'innovativa scoperta, i ricercatori delle Università di Oxford e Lisbona hanno simulato in tre dimensioni e in tempo reale come il vuoto quantistico può generare luce. Questa scoperta, pubblicata su Communications Physics, segna un passo significativo verso la comprensione della natura fondamentale dello spazio e dell'energia.
Il lavoro del team si concentra sull'interazione di quattro onde nel vuoto quantistico. Nello specifico, hanno dimostrato che, in condizioni specifiche, tre fasci laser possono generare una quarta onda elettromagnetica, creando efficacemente luce dallo spazio apparentemente vuoto. Questo fenomeno, previsto teoricamente, è stato ora modellato computazionalmente con una risoluzione senza precedenti.
La simulazione, che utilizza una versione estesa del codice OSIRIS, incorpora equazioni non lineari derivate dal lagrangiano di Heisenberg-Euler. Ciò consente ai ricercatori di modellare il comportamento dei campi elettrici e magnetici in condizioni estreme. La simulazione non solo calcola il risultato finale, ma consente anche un'osservazione passo dopo passo della formazione dell'impulso luminoso in tempo reale.
A differenza dei modelli precedenti, questa simulazione integra profili laser realistici, tra cui larghezza, durata e angolo di incidenza. Questo approccio dettagliato fornisce una base per la preparazione di esperimenti reali in strutture come l'Extreme Light Infrastructure (ELI) in Europa e il progetto Vulcan 20-20 nel Regno Unito. L'impulso generato si propaga quasi alla velocità della luce, confermando il suo comportamento come fotone.
Questa ricerca potrebbe anche aiutare nella ricerca di particelle ipotetiche, come gli assioni, che sono potenziali componenti della materia oscura. La capacità di indurre effetti nel vuoto quantistico apre nuove strade per esplorare territori oltre la fisica delle particelle tradizionale. La simulazione offre dati preziosi per la progettazione sperimentale, tra cui la durata esatta, l'ora di arrivo e l'intensità massima dell'impulso generato.
Questo progresso arriva mentre una nuova generazione di laser ultra-intensi sta diventando operativa. Strutture come ELI, SEL in Cina e il sistema OPAL negli Stati Uniti avranno presto la potenza necessaria per riprodurre le condizioni simulate. Questo segna un passaggio dalla sperimentazione cieca a una tabella di marcia che indica come, quando e dove la luce può emergere dal vuoto.
Questo lavoro sottolinea l'idea che il vuoto non è solo uno sfondo, ma un attore dinamico con le sue proprietà. La capacità di creare luce dal vuoto usando solo la luce ci costringe a ripensare i concetti fondamentali di energia, materia e spazio, rappresentando un passo verso una nuova fisica sperimentale dell'invisibile.