Может ли лазерный луч взаимодействовать с пустым пространством? Может ли свет отклоняться сам по себе? Это не концепции научной фантастики, а реальные квантовые эффекты, которые ученые сейчас моделируют с невероятной точностью.
Британские физики разработали алгоритм, способный рассчитывать, как высокоэнергетические фотоны взаимодействуют с виртуальными частицами в вакууме. Эти частицы, управляемые законами квантовой механики, постоянно появляются и исчезают, эффективно создавая море активности.
Созданный симулятор может предсказывать сложные эффекты, возникающие при прохождении света через кристаллы и области с сильными магнитными полями. Алгоритм встроен в программный пакет OSIRIS, который широко используется при моделировании мощных лазеров.
Это исследование не только теоретическое. Эти расчеты становятся основой для разработки мощных лазеров в следующем десятилетии и помогут изучить квантовые эффекты, о которых раньше только догадывались.
«Эти расчеты важны не только с академической точки зрения, но и потому, что они могут помочь экспериментально подтвердить квантовые эффекты, о которых мы до сих пор могли только догадываться», — говорит профессор Питер Норрис из Оксфордского университета.
Оказывается, что поведение света в вакууме далеко не простое. При высоких энергиях начинают проявляться экзотические эффекты: фотоны могут рассеиваться от «невидимых» объектов, отклоняться от своего курса и даже взаимодействовать друг с другом. Это создает проблемы, но также дает ученым шанс сделать новые открытия, такие как создание позитронов и других антивещественных частиц.
«Наш алгоритм открыл окно в квантовый мир вакуума. Мы смогли смоделировать все ключевые явления, которые происходят при столкновении лазерных лучей в кристалле. Это начало пути к пониманию еще более сложных структур внутри самого света», — отмечает ученый Джон Зыскин из Оксфорда.
Вакуум (от латинского vacuum — пустой) — это пространство, свободное от материи. В технике и прикладной физике под средой подразумевается среда с давлением, значительно более низким, чем атмосферное.