Научници од Универзитетот во Оксфорд и Институтот за супериорна технологија во Лисабон извршија 3Д симулации во реално време, покажувајќи како интензивните ласерски зраци комуницираат со квантен вакуум – простор кој не е целосно празен, туку исполнет со краткотрајни парови електрон-позитрон.
Нивната работа дава детален поглед на тоа што се случува кога светлината изгледа дека доаѓа од темнина, нешто што е како магија во класичната физика.
Користејќи високо напредна верзија на софтверот за снимање OSIRIS (скратено од Outdoor Scene and InfraRed Image Simulation), тимот го пресоздаде феноменот наречен мешање на четири бранови во вакуум. Во овој процес електромагнетните полиња на три моќни ласерски импулси ги поларизираат виртуелните честички во вакуум, предизвикувајќи фотоните да се одбиваат едни од други – што резултира со формирање на четврти ласерски зрак.
„Ова не е само академски куриозитет – тоа е голем чекор кон експериментална потврда на квантните ефекти кои досега беа во голема мера теоретски“, рече професорот Питер Норис од Одделот за физика на Оксфорд.
Она што ја прави оваа работа релевантна е глобалното распоредување на ласерски системи со повеќе петавати, кои можат да генерираат екстремно силни електромагнетни полиња. Се очекува објекти како што се Vulcan 20-20 во Велика Британија, ELI во Европа и SHINE и SEL во Кина, заедно со двојниот ласерски систем OPAL (Optical Parametric Amplification Linear) во САД, да ги достигнат нивоата на моќност потребни за да се видат овие ретки квантни ефекти во реални експерименти.
Овој пристап им овозможил да моделираат два клучни квантни ефекти во вакуум и да ги проверат своите резултати во однос на познатите предвидувања за вакуумска двојна рефракција – феноменот каде што светлината се свиткува или ја менува насоката кога минува низ силно електромагнетно поле.
Тие ги тестирале и рамнинските бранови и гаусовите ласерски импулси и откриле дека нивните резултати добро се совпаѓаат со постојните теории. За случајот со мешање со четири бранови тие користеле три гаусови зраци и биле во можност да го следат формирањето на четвртиот зрак со текот на времето. Симулацијата, исто така, покажала мала количина на астигматизам – каде што излезниот зрак не бил совршено обликуван – и обезбедила јасни мерења за тоа колку долго траела интеракцијата и колку била голема погодената област.
„Нашата компјутерска програма ни дава временски разрешени, тродимензионални увиди во квантните интеракции во вакуум кои претходно не беа достапни. Со примена на нашиот модел на експеримент со расејување со три зраци, бевме во можност да го доловиме целиот спектар на квантни потписи, заедно со детални увиди во регионот на интеракција и клучните временски скали” рече водечкиот автор Зиксин Жанг, докторант на Оксфорд.
Тимот ги споредил своите резултати со поедноставни модели и претходни податоци за да се осигура дека сè се вклопува.
Професорот Луис Силва, коавтор од Институтот Супериорен Технико и гостин-професор на Оксфорд, изјави: „Широкиот опсег на планирани експерименти во најнапредните ласерски објекти ќе биде значително олеснет со нашиот нов компјутерски метод имплементиран во OSIRIS. Комбинацијата од ултрамоќни ласери, најсовремени детектори, напредно аналитичко и нумеричко моделирање се темелите за нова ера на интеракции ласер-материја, што ќе отвори нови хоризонти за фундаменталната физика.“
Оваа алатка за симулација би можела да помогне и во потрагата по нови честички, како што се аксиони и честички со милиграмски полнежи, кои се сметаат за силни кандидати за темна материја.
(Benchmark)
(фото: Flickr)
