Троє потужних лазерів створили четвертий промінь світла з абсолютної темряви. Це звучить як магія, але насправді стало результатом найскладнішої квантової симуляції в історії науки.
Коли порожнеча народжує фотони
Дослідники з Оксфордського університету та Університету Лісабона провели унікальну симуляцію квантових ефектів у вакуумі. Використовуючи напівкласичний розв'язувач рівнянь, вони змоделювали поведінку надпотужних лазерних імпульсів у тривимірному просторі в реальному часі.
"Це не просто академічна цікавість – це великий крок до експериментального підтвердження квантових ефектів, які досі були переважно теоретичними", – каже оксфордський фізик Пітер Норрейс.
Сучасні лазери досягли неймовірної потужності. За частки секунди вони концентрують петавати енергії – це мільйони мільярдів ват. Теоретично такі установки здатні буквально струшувати матерію з самої тканини реальності.
Океан можливостей у вакуумі
Те, що ми вважаємо порожнім простором, насправді кипить квантовою активністю. Віртуальні частинки постійно з'являються та зникають за мільярдні частки секунди. Потрібно лише правильно "переконати" їх не анігілювати одна з одною.
Команда Норрейса виявила: три синхронізовані лазерні промені створюють рівень поляризації, що змушує віртуальні фотони розділитися перед зникненням. Цей процес називається чотирихвильовим змішуванням, а розсіяні фотони утворюють четвертий світловий промінь.
Від теорії до практики
Хоча результати поки що лише числові, вони надають найреалістичніший опис очікуваних явищ. До практичної перевірки залишилося недовго.
Проект Extreme Light Infrastructure в Румунії вже досягає 10 петават в ультракоротких спалахах. EP-OPAL в університеті Рочестера розробляє два 25-петаватні промені. Китайський Shanghai High repetition rate X-ray Free Electron Laser планує досягти 100 петават цього року.
Використовуючи лише фотони для створення електромагнітних полів, науковці сподіваються нарешті довести: у фізиці можливо витиснути щось з нічого. Дослідження опубліковане в Communications Physics.
