Trong một bước đột phá, các nhà nghiên cứu từ Đại học Oxford và Lisbon đã mô phỏng bằng ba chiều và thời gian thực cách chân không lượng tử có thể tạo ra ánh sáng. Phát hiện này, được công bố trên tạp chí Communications Physics, đánh dấu một bước tiến quan trọng hướng tới việc hiểu bản chất cơ bản của không gian và năng lượng.
Công trình của nhóm tập trung vào sự tương tác của bốn sóng trong chân không lượng tử. Cụ thể, họ đã chứng minh rằng trong những điều kiện nhất định, ba chùm tia laser có thể tạo ra một sóng điện từ thứ tư, tạo ra ánh sáng từ không gian dường như trống rỗng. Hiện tượng này, được dự đoán về mặt lý thuyết, hiện đã được mô hình hóa bằng tính toán với độ phân giải chưa từng có.
Mô phỏng, sử dụng phiên bản mở rộng của mã OSIRIS, kết hợp các phương trình phi tuyến tính có nguồn gốc từ Lagrangian Heisenberg-Euler. Điều này cho phép các nhà nghiên cứu mô hình hóa hành vi của điện trường và từ trường trong điều kiện khắc nghiệt. Mô phỏng không chỉ tính toán kết quả cuối cùng mà còn cho phép quan sát từng bước sự hình thành xung ánh sáng trong thời gian thực.
Không giống như các mô hình trước đây, mô phỏng này tích hợp các cấu hình laser thực tế, bao gồm chiều rộng, thời lượng và góc tới. Cách tiếp cận chi tiết này cung cấp cơ sở để chuẩn bị các thí nghiệm trong thế giới thực tại các cơ sở như Cơ sở hạ tầng ánh sáng cực mạnh (ELI) ở châu Âu và dự án Vulcan 20-20 ở Vương quốc Anh. Xung được tạo ra lan truyền với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng, xác nhận hành vi của nó như một photon.
Nghiên cứu này cũng có thể hỗ trợ trong việc tìm kiếm các hạt giả thuyết, chẳng hạn như axion, là các thành phần tiềm năng của vật chất tối. Khả năng tạo ra các hiệu ứng trong chân không lượng tử mở ra những con đường mới để khám phá các vùng nằm ngoài vật lý hạt truyền thống. Mô phỏng cung cấp dữ liệu có giá trị để thiết kế thí nghiệm, bao gồm thời lượng chính xác, thời gian đến và cường độ tối đa của xung được tạo ra.
Sự tiến bộ này đến khi một thế hệ laser siêu mạnh mới đi vào hoạt động. Các cơ sở như ELI, SEL ở Trung Quốc và hệ thống OPAL ở Hoa Kỳ sẽ sớm có đủ năng lượng cần thiết để tái tạo các điều kiện mô phỏng. Điều này đánh dấu sự chuyển đổi từ thử nghiệm mù quáng sang một lộ trình cho biết ánh sáng có thể xuất hiện từ chân không như thế nào, khi nào và ở đâu.
Công trình này nhấn mạnh ý tưởng rằng chân không không chỉ là một bối cảnh mà là một tác nhân năng động với các thuộc tính riêng. Khả năng tạo ra ánh sáng từ chân không chỉ bằng ánh sáng buộc chúng ta phải suy nghĩ lại các khái niệm cơ bản về năng lượng, vật chất và không gian, đại diện cho một bước tiến tới một vật lý thực nghiệm mới của vô hình.