Ученые создали свет из ничего — пока что в симуляции

Физикам хорошо известно, что вакуум на самом деле не является абсолютно пустым. Внутри этой пустоты непрерывно возникают и исчезают виртуальные частицы.

Команде физиков из Оксфордского университета и Высшего технического института в Лиссабоне удалось впервые смоделировать, как будет выглядеть свет, возникший в вакууме, и внезапно сделавший невидимые квантовые флуктуации видимыми. Целью этого эксперимента является подтверждение одного из самых удивительных предсказаний квантовой электродинамики, что свет может взаимодействовать сам с собой в вакууме, создавая новые лучи. 

Моделирование, которое использовалось в исследовании, позволяет ученым гораздо лучше исследовать квантовые эффекты в вакууме. Лазерные лучи, сфокусированные и достаточно интенсивные, могут активировать виртуальные частицы и заставлять фотоны рассеиваться друг от друга. 

Основой исследования послужил квантовый эффект, известный как вакуумное четырехволновое смешивание. В обычных условиях лучи света проходят друг сквозь друга без помех. Однако в квантовом вакууме, полном виртуальных частиц, интенсивные электромагнитные поля могут изменять поведение фотонов. 

С помощью мощных вычислительных инструментов на платформе моделирования OSIRIS ученые смогли воспроизвести эти квантовые эффекты в чрезвычайных подробностях. В частности, исследователи продемонстрировали, как три пересекающихся виртуальных лазерных луча могут создавать четвертый луч исключительно из измененного вакуума. 

Моделирование не только подтверждает давние предсказания квантовой электродинамики, оно также демонстрирует реальные факторы, среди которых неидеальное выравнивание пучка или асимметрия в фокусе, что может повлиять на конечный результат. Поскольку современные лазеры становятся все более мощными, появляется возможность в реальных условиях воспроизвести эти квантовые эффекты и наблюдать их непосредственно. 

Кроме этого симуляции воспроизводят поведение квантового вакуума не только в пространстве, но и во времени. Ученые также моделировали вакуумное двойное лучепреломление — когда поляризация света изменяется вследствие прохождения через мощные электромагнитные поля. 

Такие платформы для моделирования как OSIRIS могут быть использованы учеными для поиска экзотических частиц, в частности аксионов и слабозаряженных частиц, которые могут представлять собой темную материю. Моделирование, проведенное командой, уже дало один ощутимый результат: более четкую картину того, как обнаружить мерцание света в вакууме.

Результаты исследования опубликованы в журнале Communications Physics

Источник: ZMEScience