Một chùm tia laser có thể tương tác với không gian trống rỗng không? Ánh sáng có thể tự làm lệch hướng không? Đây không phải là những khái niệm khoa học viễn tưởng, mà là những hiệu ứng lượng tử có thật mà các nhà khoa học hiện đang mô hình hóa với độ chính xác đáng kinh ngạc.
Các nhà vật lý Anh đã phát triển một thuật toán có khả năng tính toán cách các photon năng lượng cao tương tác với các hạt ảo trong chân không. Những hạt này, được chi phối bởi các định luật của cơ học lượng tử, liên tục xuất hiện và biến mất, tạo ra một biển hoạt động.
Trình mô phỏng được tạo ra có thể dự đoán các hiệu ứng phức tạp phát sinh khi ánh sáng đi qua các tinh thể và các khu vực có từ trường mạnh. Thuật toán được tích hợp vào gói phần mềm OSIRIS, được sử dụng rộng rãi trong việc mô hình hóa các tia laser công suất cao.
Nghiên cứu này không chỉ mang tính lý thuyết. Những tính toán này đang trở thành cơ sở cho sự phát triển của các tia laser công suất cao trong thập kỷ tới và sẽ giúp nghiên cứu các hiệu ứng lượng tử mà trước đây chỉ được đoán.
Giáo sư Peter Norreys thuộc Đại học Oxford cho biết: “Những tính toán này rất quan trọng không chỉ từ quan điểm học thuật mà còn vì chúng có thể giúp xác nhận bằng thực nghiệm các hiệu ứng lượng tử mà chúng ta cho đến nay chỉ có thể đoán được.”
Hóa ra, hành vi của ánh sáng trong chân không không hề đơn giản. Ở năng lượng cao, các hiệu ứng kỳ lạ bắt đầu xuất hiện: photon có thể tán xạ khỏi các vật thể “vô hình”, lệch khỏi quỹ đạo của chúng và thậm chí tương tác với nhau. Điều này tạo ra các vấn đề, nhưng cũng mang đến cho các nhà khoa học cơ hội thực hiện những khám phá mới, chẳng hạn như tạo ra các positron và các hạt phản vật chất khác.
Nhà khoa học John Zyskin đến từ Oxford lưu ý: “Thuật toán của chúng tôi đã mở ra một cánh cửa vào thế giới lượng tử của chân không. Chúng tôi đã có thể mô hình hóa tất cả các hiện tượng chính xảy ra khi các chùm tia laser va vào nhau trong một tinh thể. Đây là sự khởi đầu của con đường để hiểu các cấu trúc phức tạp hơn nữa bên trong chính ánh sáng.”
Chân không (từ tiếng Latin vacuum - trống rỗng) là một không gian không có vật chất. Trong công nghệ và vật lý ứng dụng, một môi trường có nghĩa là ở áp suất thấp hơn đáng kể so với áp suất khí quyển.