У новаторському розвитку дослідники з Оксфордського та Лісабонського університетів змоделювали в трьох вимірах і в реальному часі, як квантовий вакуум може генерувати світло. Це відкриття, опубліковане в Communications Physics, знаменує значний крок до розуміння фундаментальної природи простору та енергії.
Робота команди зосереджена на взаємодії чотирьох хвиль у квантовому вакуумі. Зокрема, вони продемонстрували, що за певних умов три лазерні промені можуть генерувати четверту електромагнітну хвилю, ефективно створюючи світло з, здавалося б, порожнього простору. Це явище, передбачене теоретично, тепер було змодельовано обчислювально з безпрецедентною роздільною здатністю.
Моделювання, яке використовує розширену версію коду OSIRIS, включає нелінійні рівняння, отримані з лагранжіана Гайзенберга-Ейлера. Це дозволяє дослідникам моделювати поведінку електричних і магнітних полів в екстремальних умовах. Моделювання не тільки обчислює кінцевий результат, але й дозволяє поетапно спостерігати за формуванням світлового імпульсу в реальному часі.
На відміну від попередніх моделей, це моделювання інтегрує реалістичні лазерні профілі, включаючи ширину, тривалість і кут падіння. Цей детальний підхід забезпечує основу для підготовки експериментів у реальному світі на таких об'єктах, як Extreme Light Infrastructure (ELI) в Європі та проект Vulcan 20-20 у Великобританії. Згенерований імпульс поширюється майже зі швидкістю світла, підтверджуючи його поведінку як фотона.
Це дослідження також може допомогти в пошуку гіпотетичних частинок, таких як аксіони, які є потенційними компонентами темної матерії. Здатність викликати ефекти у квантовому вакуумі відкриває нові шляхи для дослідження територій за межами традиційної фізики частинок. Моделювання надає цінні дані для експериментального дизайну, включаючи точну тривалість, час прибуття та максимальну інтенсивність згенерованого імпульсу.
Цей прогрес відбувається в той час, коли нове покоління надпотужних лазерів стає операційним. Такі об'єкти, як ELI, SEL у Китаї та система OPAL у Сполучених Штатах, незабаром матимуть потужність, необхідну для відтворення змодельованих умов. Це знаменує перехід від сліпого експериментування до дорожньої карти, що вказує, як, коли і де світло може виходити з вакууму.
Ця робота підкреслює ідею, що вакуум — це не просто фон, а динамічний актор з власними властивостями. Здатність створювати світло з вакууму лише за допомогою світла змушує нас переосмислити фундаментальні поняття енергії, матерії та простору, що представляє собою крок до нової експериментальної фізики невидимого.