Kan een laserstraal interageren met de lege ruimte? Kan licht zichzelf afbuigen? Dit zijn geen sciencefictionconcepten, maar reële kwantumeffecten die wetenschappers nu met ongelooflijke precisie modelleren.
Britse natuurkundigen hebben een algoritme ontwikkeld dat in staat is te berekenen hoe hoog-energetische fotonen interageren met virtuele deeltjes in een vacuüm. Deze deeltjes, die worden beheerst door de wetten van de kwantummechanica, verschijnen en verdwijnen voortdurend, waardoor er effectief een zee van activiteit ontstaat.
De gecreëerde simulator kan complexe effecten voorspellen die ontstaan wanneer licht door kristallen en gebieden met sterke magnetische velden gaat. Het algoritme is ingebouwd in het OSIRIS-softwarepakket, dat veel wordt gebruikt bij het modelleren van krachtige lasers.
Dit onderzoek is niet alleen theoretisch. Deze berekeningen worden de basis voor de ontwikkeling van krachtige lasers in het volgende decennium en zullen helpen bij het bestuderen van kwantumeffecten die voorheen alleen maar werden geraden.
“Deze berekeningen zijn niet alleen belangrijk vanuit een academisch oogpunt, maar ook omdat ze kunnen helpen bij het experimenteel bevestigen van kwantumeffecten die we tot nu toe alleen maar konden raden”, zegt professor Peter Norreys van de Universiteit van Oxford.
Het blijkt dat het gedrag van licht in een vacuüm verre van eenvoudig is. Bij hoge energieën beginnen exotische effecten te verschijnen: fotonen kunnen afkaatsen van “onzichtbare” objecten, afwijken van hun koers en zelfs met elkaar interageren. Dit creëert problemen, maar geeft wetenschappers ook de kans om nieuwe ontdekkingen te doen, zoals het creëren van positronen en andere antimateriedeeltjes.
“Ons algoritme heeft een venster geopend naar de kwantumwereld van het vacuüm. We hebben alle belangrijke verschijnselen kunnen modelleren die optreden wanneer laserstralen in een kristal botsen. Dit is het begin van de weg naar het begrijpen van nog complexere structuren in het licht zelf”, merkt wetenschapper John Zyskin van Oxford op.
Vacuüm (van het Latijnse vacuum - leeg) is een ruimte vrij van materie. In de technologie en toegepaste fysica wordt met een medium een druk bedoeld die aanzienlijk lager is dan de atmosferische druk.