В новаторской разработке исследователи из Оксфордского и Лиссабонского университетов смоделировали в трех измерениях и в реальном времени, как квантовый вакуум может генерировать свет. Это открытие, опубликованное в Communications Physics, знаменует собой важный шаг на пути к пониманию фундаментальной природы пространства и энергии.
Работа команды сосредоточена на взаимодействии четырех волн в квантовом вакууме. В частности, они продемонстрировали, что при определенных условиях три лазерных луча могут генерировать четвертую электромагнитную волну, эффективно создавая свет из, казалось бы, пустого пространства. Это явление, предсказанное теоретически, теперь было смоделировано вычислительно с беспрецедентным разрешением.
Моделирование, использующее расширенную версию кода OSIRIS, включает нелинейные уравнения, полученные из лагранжиана Гайзенберга-Эйлера. Это позволяет исследователям моделировать поведение электрических и магнитных полей в экстремальных условиях. Моделирование не только вычисляет конечный результат, но и позволяет поэтапно наблюдать формирование светового импульса в реальном времени.
В отличие от предыдущих моделей, это моделирование интегрирует реалистичные лазерные профили, включая ширину, продолжительность и угол падения. Этот детальный подход обеспечивает основу для подготовки реальных экспериментов на таких объектах, как Extreme Light Infrastructure (ELI) в Европе и проект Vulcan 20-20 в Великобритании. Сгенерированный импульс распространяется почти со скоростью света, подтверждая его поведение как фотона.
Это исследование также может помочь в поиске гипотетических частиц, таких как аксионы, которые являются потенциальными компонентами темной материи. Способность вызывать эффекты в квантовом вакууме открывает новые пути для исследования территорий за пределами традиционной физики элементарных частиц. Моделирование предоставляет ценные данные для экспериментального дизайна, включая точную продолжительность, время прибытия и максимальную интенсивность генерируемого импульса.
Этот прогресс происходит в то время, когда в эксплуатацию вступает новое поколение ультраинтенсивных лазеров. Такие объекты, как ELI, SEL в Китае и система OPAL в Соединенных Штатах, вскоре будут обладать мощностью, необходимой для воспроизведения смоделированных условий. Это знаменует собой переход от слепых экспериментов к дорожной карте, указывающей, как, когда и где свет может появиться из вакуума.
Эта работа подчеркивает идею о том, что вакуум — это не просто фон, а динамичный фактор со своими собственными свойствами. Способность создавать свет из вакуума только с помощью света заставляет нас переосмыслить фундаментальные концепции энергии, материи и пространства, представляя собой шаг к новой экспериментальной физике невидимого.