|
Свет может образовываться вообще без материи
|
|
|
|
Пустые пространства в темноте кажутся полными пустотами. Даже в межгалактическом пространстве (при отсутствии частиц пыли) на кубический метр приходится несколько атомов водорода. Теперь моделирование, которое звучит так, словно оно снято в научно-фантастическом фильме, показало, что свет может — по крайней мере, в квантовой области — создаваться из ничего. Добро пожаловать в квантовый вакуум.
|
|
|
|
Как луч света может материализоваться из воздуха, вокруг которого не кружатся даже мельчайшие пылинки? Квантовая теория поля отвечает на этот вопрос, предполагая, что даже в областях пространства, где нет абсолютно ничего физического, существуют мимолетные электромагнитные частицы и волны, которые приходят и уходят. С помощью серии цифровых трехмерных симуляций (с использованием программного обеспечения, известного как OSIRIS) группа физиков из Оксфордского университета под руководством Цзысинь Чжана (Zixin Zhang) обнаружила, что экстремальные лазерные лучи могут воздействовать на другие частицы, попадающие в это поле, и перестраивать их во что—то другое.
|
|
|
|
Чжан и ее команда смогли виртуально создать явление, предсказанное квантовой физикой, известное как вакуумное четырехволновое смешение. Считается, что когда это происходит, две или три взаимодействующие длины волн могут создавать еще одну или две длины волн без добавления чего-либо дополнительного. Предыдущие исследования предполагали, что достаточно интенсивные процессы могут поляризовать или, возможно, даже разрушить сам вакуум. Когда в ходе моделирования три мощных лазерных импульса объединили свои усилия, они поляризовали пары электронов и позитронов в вакууме, которые действуют как частицы и волны (в квантовом смысле). Поляризация заставляет волну колебаться в определенном направлении относительно того, откуда она исходит.
|
|
|
|
|
|
|
“Квантовый вакуум заполнен флуктуациями энергии, из которых возникают виртуальные электрон-позитронные пары”, - сказал Чжан в исследовании, недавно опубликованном в журнале Physics Communications. “Присутствие этих виртуальных частиц создает нелинейности в вакууме, которые взаимодействуют с распространяющимися по нему мощными лазерными импульсами, изменяя их свойства”.
|
|
|
|
Двойное лучепреломление было еще одним экзотическим явлением, выявленным в ходе эксперимента. Когда свет проходит через электромагнитные поля значительной силы, он может испытывать сдвиг в поляризации, поскольку свет изгибается двумя различными способами. В физическом мире двулучепреломляющие материалы часто используются для изготовления поляризационных призм, которые находят широкое применение - от микроскопии до фотографии. В недавнем моделировании двойное лучепреломление вакуума возникло из-за того, что поляризация электронов и позитронов изменилась, когда они проходили через лазерные лучи.
|
|
|
|
Это были не просто лазеры — это были петаваттные лазеры. Многопетаваттные лазеры, такие как румынская компания Extreme Light Infrastructure (ELI), могут излучать двойные лазерные лучи мощностью по 10 петаватт каждый. Петаватт - это 10^15 Ватт, или около 10 000 000 000 000 стандартных лампочек мощностью).
|
|
|
|
В то время как электроны и позитроны в ходе моделирования обычно невозможно было бы наблюдать, это недавнее моделирование показало, что воздействие на них лазерами может изменить этот факт. Это открывает путь к изучению некоторых чрезвычайно странных физических явлений за пределами экрана компьютера, и, возможно, когда-нибудь станет возможным исследовать экзотические формы и импульсы в лазерных лучах.
|
|
|
|
Особенно после того, как мы запустим в эксплуатацию следующую серию петаваттных лазеров. Центральный лазерный комплекс в Великобритании будет оснащен основным лучом мощностью порядка 20 петаватт и восемью дополнительными, менее энергичными лучами. А Университет Рочестера в Рочестере, штат Нью—Йорк, планирует пойти еще дальше - его проект EP-OPAL будет генерировать два пучка мощностью 25 петаватт, и один из его первых экспериментов будет касаться четырехволнового смешивания, которое рассеивает фотоны.
|
|
|
|
“Забегая вперед, можно сказать, что решатель может быть применен для изучения взаимодействия новых форм импульсов [...] и плотно сфокусированных пучков”, - сказали в Оксфордской команде. “Результаты моделирования могут дополнить существующую теоретическую работу и послужить ориентирами для будущих экспериментов с мощными лазерами”.
|
|
|
|
Источник
|
