Трое мощных лазеров создали четвертый луч света из абсолютной темноты. Это звучит как магия, но на самом деле стало результатом самой сложной квантовой симуляции в истории науки.
Когда пустота рождает фотоны
Исследователи из Оксфордского университета и Университета Лиссабона провели уникальную симуляцию квантовых эффектов в вакууме. Используя полуклассический решатель уравнений, они смоделировали поведение сверхмощных лазерных импульсов в трехмерном пространстве в реальном времени.
"Это не просто академический интерес – это большой шаг к экспериментальному подтверждению квантовых эффектов, которые до сих пор были преимущественно теоретическими", – говорит оксфордский физик Питер Норрейс.
Современные лазеры достигли невероятной мощности. За доли секунды они концентрируют петаватты энергии – это миллионы миллиардов ватт. Теоретически такие установки способны буквально стряхивать материю из самой ткани реальности.
Океан возможностей в вакууме
То, что мы считаем пустым пространством, на самом деле кипит квантовой активностью. Виртуальные частицы постоянно появляются и исчезают за миллиардные доли секунды. Нужно лишь правильно "убедить" их не аннигилировать друг с другом.
Команда Норрейса обнаружила: три синхронизированных лазерных луча создают уровень поляризации, заставляющий виртуальные фотоны разделиться перед исчезновением. Этот процесс называется четырехволновым смешиванием, а рассеянные фотоны образуют четвертый световой луч.
От теории к практике
Хотя результаты пока только числовые, они дают самое реалистичное описание ожидаемых явлений. До практической проверки осталось недолго.
Проект Extreme Light Infrastructure в Румынии уже достигает 10 петаватт в ультракоротких вспышках. EP-OPAL в университете Рочестера разрабатывает два 25-петаваттных луча. Китайский Shanghai High repetition rate X-ray Free Electron Laser планирует достичь 100 петаватт в этом году.
Используя только фотоны для создания электромагнитных полей, ученые надеются наконец доказать: в физике возможно выжать что-то из ничего. Исследование опубликовано в Communications Physics.
