Ny kvantemodellering har vist, at vakuum under ekstreme forhold kan udsende ægte lys. Tre laserstråler er nok til at frigøre en fjerde stråle fra det synlige intet. Denne opdagelse åbner døren for eksperimenter, der kan ændre vores forståelse af rum, energi og universets grundlæggende love.
Lys ud af ingenting: hvad siger kvantefysikken
Kvantevakuum , der langt fra er et rum uden noget, er en kilde til virtuelle partikler, der konstant opstår og forsvinder. Ved hjælp af et fænomen kaldet firebølgeblanding er det blevet vist, at hvis tre laserstråler rettes i en bestemt geometrisk konfiguration, kan der genereres en fjerde lysstråle ud af dette vakuum.
Denne idé, der blev forudsagt for mange år siden, er nu blevet detaljeret modelleret ved hjælp af en model, der nøjagtigt gengiver de fysiske forhold, herunder varighed, intensitet og strålevinkel. Det mest forbløffende er, at det frembragte lys ikke kun dukker op, men også spreder sig som en ægte impuls med målbare egenskaber såsom form, retning og hastighed, der ligger meget tæt på egenskaberne ved almindeligt lys.
I årtier har kvantefysikken antaget, at vakuum ikke er tomt. Nu har forskere fra Oxford og Lissabon taget denne idé et skridt videre ved at skabe en 3D-simulering, der viser, hvordan lys kan opstå direkte fra vakuum. Det er ikke en abstrakt teori, men en ekstremt nøjagtig numerisk model, der forudser fremtidige eksperimenter med ultraintensive lasere i virkelige laboratorier.
Simuleringen, der ændrede alt
Et vigtigt redskab til at opnå dette var en udvidet version af OSIRIS-koden, et program til plasmafysik, der blev tilpasset til at inkludere kvantekorrektioner fra Heisenberg-Eulers formel. Dette gjorde det muligt at simulere vakuumets opførsel under ekstreme elektromagnetiske felter med en hidtil uset nøjagtighed.
I modsætning til tidligere, mere idealiserede modeller tog denne simulering højde for reelle eksperimentelle detaljer. Det blev observeret, at den genererede stråle udviste visse uregelmæssigheder , såsom et astigmatisk profil, som stemmer overens med de nyeste teoretiske forudsigelser. Dette detaljeringsniveau vil være afgørende for udformningen af fremtidige eksperimenter i centre som Extreme Light Infrastructure (ELI) eller OPAL-systemet .
I lysets spor: Døren til det ukendte
Dette gennembrud bekræfter ikke kun de grundlæggende koncepter inden for kvanteelektrodynamik . Det tilbyder også et værktøj til at udforske nye grænser inden for fysikken. For eksempel kan denne proces bruges til at opdage hypotetiske partikler, såsom axioner , der er forbundet med mørk materie.
Det faktum, at modellering gør det muligt at spore dannelsen af en ny lysimpuls i realtid, gør dette arbejde til en uvurderlig eksperimentel vejledning. Med fremkomsten af superkraftige lasere, der er klar til brug i de kommende år, virker det ikke længere så fjernt at verificere disse fænomener. Generering af lys i vakuum, uden materie, er ikke længere science fiction.
