Учёные из Оксфордского университета и Высшего технического института в Лиссабоне впервые провели компьютерное моделирование процесса, в ходе которого в вакууме возникает свет, а невидимые ранее квантовые флуктуации становятся наблюдаемыми. Это моделирование помогает проверить одно из самых интересных предположений квантовой электродинамики: возможность взаимодействия света с самим собой в вакууме, что приводит к появлению новых лучей.
Об этом сообщает ProIT
Новые открытия в исследовании квантового вакуума
В рамках исследования учёные использовали симуляционную платформу OSIRIS, которая позволяет с высокой точностью анализировать квантовые эффекты в вакууме. Известно, что вакуум не является абсолютно пустым — в нём постоянно возникают и исчезают виртуальные частицы. Если сфокусировать интенсивные лазерные лучи, они могут активировать эти частицы, заставляя фотоны рассеиваться друг от друга. Ключевым в этом эксперименте стал квантовый эффект, известный как вакуумное четырехволновое смешивание. При обычных обстоятельствах пучки света проходят друг сквозь друга, не взаимодействуя. Однако в квантовом вакууме, полном виртуальных частиц, мощные электромагнитные поля способны изменять поведение фотонов.
«Это не просто академическое любопытство — это важный шаг на пути к экспериментальному подтверждению квантовых эффектов, которые до сих пор были в основном теоретическими», — объясняет соавтор исследования, профессор Питер Норрис.
Симуляции и возможности для будущих экспериментов
Моделирование показало, что три пересекающихся лазерных луча могут сформировать четвёртый луч лишь благодаря изменённому вакууму, не используя материальные частицы. Использование мощных вычислительных систем позволило получить детальные данные о спектре квантовых эффектов, которые ранее оставались недоступными для наблюдения. Учёные смогли исследовать, как неидеальное выравнивание или асимметрия в фокусе лазерных лучей влияют на результат эксперимента. С развитием современных лазерных технологий открывается перспектива проверить эти явления уже в лабораторных условиях.
Кроме того, исследователи смоделировали явление вакуумного двойного преломления, при котором поляризация света изменяется после прохождения через мощные электромагнитные поля. Симуляционная платформа OSIRIS может оказаться полезной для поиска таких экзотических частиц, как аксионы и слабо заряженные частицы, которые, вероятно, составляют тёмную материю. Уже сейчас моделирование позволило учёным более подробно понять, как можно обнаружить мерцание света в вакууме.
Результаты этого исследования опубликованы в издании Communications Physics.