Цивилизация
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 готовятся к запуску. Эти установки смогут впервые наблюдать рассеивание 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».
Ранее гигантская планета, вращающаяся вокруг маленькой звезды, разрушила все теории ученых.