Лазеры вызвали эффект, предсказанный десятилетиями назад.
Китайские и британские учёные с помощью суперкомпьютерного моделирования показали, как можно создать свет буквально из пустоты и потенциально — извлекать энергию из вакуума. Их исследование приблизилось к одному из самых необычных выводов квантовой физики: идеальный вакуум на самом деле не пустой.
В классическом для многих понимании вакуум — это пустое пространство без частиц и энергии. Но квантовая теория утверждает, что в вакууме постоянно «кипит» виртуальными электронами и позитронами, которые появляются и исчезают за доли секунды. Обычно их не заметить, но при воздействии мощной энергии они могут проявиться. В этом эксперименте такой энергией стали три лазерных луча петаваттного уровня. Их пересечение поляризовало виртуальные частицы, а затем лучи смешались и породили новые волны света, хотя в зоне взаимодействия не было материи.
Исследователи использовали программу OSIRIS для детальных 3D-расчётов и моделирований. Оказалось, что при правильной конфигурации лучи могут менять направление, накладываться друг на друга и даже создавать новые фотоны. Одновременно проявляется эффект вакуумного двулучепреломления, когда поляризация света меняется, как при прохождении через кристалл, но роль кристалла выполняет сам вакуум, искривлённый силовыми полями. Это явление предсказывали десятилетия, но увидеть его хотя бы в симуляции удалось впервые.
Работа открывает перспективы для исследований в области физики сверхвысоких энергий, создания новых лазерных технологий и поиска явлений за пределами Стандартной модели. Если эксперимент удастся повторить в реальной лаборатории, учёные смогут глубже понять природу тёмной энергии, структуру пространства-времени и поведение материи в экстремальных условиях. Прямой эксперимент для человечества пока сложен из-за огромной мощности лазеров, способной испарять материалы, и из-за того, что тонкие квантовые эффекты теряются на фоне шума.
Поэтому виртуальные эксперименты особенно ценны. Они помогают определить параметры оборудования до начала дорогостоящих и рискованных работ. Команда уже планирует исследовать более сложные импульсы и рисунки пучков, чтобы создать подробную карту для будущих испытаний.