W przełomowym rozwoju naukowcy z Uniwersytetów Oksfordzkiego i Lizbońskiego zasymulowali w trzech wymiarach i w czasie rzeczywistym, w jaki sposób kwantowa próżnia może generować światło. To odkrycie, opublikowane w czasopiśmie Communications Physics, stanowi znaczący krok w kierunku zrozumienia fundamentalnej natury przestrzeni i energii.
Praca zespołu koncentruje się na interakcji czterech fal w kwantowej próżni. Dokładniej, wykazali, że w określonych warunkach trzy wiązki laserowe mogą generować czwartą falę elektromagnetyczną, skutecznie tworząc światło z pozornie pustej przestrzeni. To zjawisko, przewidziane teoretycznie, zostało teraz zamodelowane obliczeniowo z niespotykaną dotąd rozdzielczością.
Symulacja, wykorzystująca rozszerzoną wersję kodu OSIRIS, uwzględnia nieliniowe równania pochodzące z lagranżianu Heisenberga-Eulera. Pozwala to naukowcom modelować zachowanie pól elektrycznych i magnetycznych w ekstremalnych warunkach. Symulacja nie tylko oblicza ostateczny wynik, ale także pozwala na krok po kroku obserwację formowania się impulsu świetlnego w czasie rzeczywistym.
W przeciwieństwie do poprzednich modeli, ta symulacja integruje realistyczne profile laserów, w tym szerokość, czas trwania i kąt padania. To szczegółowe podejście stanowi podstawę do przygotowywania eksperymentów w świecie rzeczywistym w takich obiektach jak Extreme Light Infrastructure (ELI) w Europie i projekt Vulcan 20-20 w Wielkiej Brytanii. Wytworzony impuls rozchodzi się z prędkością bliską prędkości światła, potwierdzając jego zachowanie jako fotonu.
Badania te mogą również pomóc w poszukiwaniu hipotetycznych cząstek, takich jak aksjony, które są potencjalnymi składnikami ciemnej materii. Zdolność do wywoływania efektów w kwantowej próżni otwiera nowe możliwości eksploracji obszarów wykraczających poza tradycyjną fizykę cząstek. Symulacja oferuje cenne dane do projektowania eksperymentów, w tym dokładny czas trwania, czas nadejścia i maksymalną intensywność generowanego impulsu.
Ten postęp następuje w momencie, gdy nowa generacja ultra-intensywnych laserów staje się operacyjna. Obiekty takie jak ELI, SEL w Chinach i system OPAL w Stanach Zjednoczonych wkrótce będą miały moc potrzebną do odtworzenia symulowanych warunków. Oznacza to przejście od ślepego eksperymentowania do mapy drogowej wskazującej, jak, kiedy i gdzie światło może wyłaniać się z próżni.
Praca ta podkreśla ideę, że próżnia to nie tylko tło, ale dynamiczny aktor z własnymi właściwościami. Zdolność do tworzenia światła z próżni wyłącznie za pomocą światła zmusza nas do ponownego przemyślenia fundamentalnych koncepcji energii, materii i przestrzeni, reprezentując krok w kierunku nowej eksperymentalnej fizyki niewidzialnego.