Физики из Оксфордского университета впервые провели трехмерное моделирование в реальном времени того, как мощные лазеры взаимодействуют с "квантовым вакуумом" — состоянием, которое раньше считалось абсолютной пустотой, но, по теории квантовой физики, кипит виртуальными парами электрон-позитронов. Работа опубликована в журнале Communications Physics (ComPhysics).
Ученые воссоздали одно из самых загадочных явлений квантовой электродинамики — вакуумное четырехволновое смешение. В нем три мощных лазерных импульса взаимодействуют в "пустом" пространстве и вызывают появление четвертого лазерного луча — словно свет рождается из тьмы.
"Это не просто теоретическое упражнение — это серьезный шаг к экспериментальному подтверждению эффектов, которые до сих пор существовали только на бумаге", — отметил профессор Питер Норрейс, соавтор работы из Оксфорда.
Важность работы усиливается тем, что новое поколение ультрамощных лазеров — таких как британский Vulcan 20-20, европейский проект ELI, китайские установки SEL и SHINE — уже готовится к запуску. Эти установки смогут впервые наблюдать рассеяние фотонов (частиц света) на фотонах в лаборатории, ранее считавшееся невозможным.
Моделирование проводилось с помощью усовершенствованной версии программного пакета OSIRIS. По словам другого соавтора исследования, аспирантки Зи Син Чжан, это дало исследователям "трехмерное окно во времени" на происходящее в квантовом вакууме: "Теперь мы можем видеть, как именно свет взаимодействует с тем, что когда-то считалось абсолютной пустотой".
Модели также позволят физикам точнее разрабатывать эксперименты — вплоть до тонкостей геометрии лазерных пучков и синхронизации импульсов. Кроме того, такие симуляции открывают перспективы поиска новых частиц, таких как аксионы и частицы с долей элементарного заряда — возможных кандидатов на роль темной материи.
"Это начало новой эры в фундаментальной физике", — подчеркнул профессор Луис Силва, ведущий автор работы. — "Комбинация экстремальных лазеров, передовых методов детектирования и современных моделей создает совершенно новые горизонты для исследований материи и самой природы вакуума".
Свежие комментарии