Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης και το Instituto Superior Tecnico στη Λισαβόνα πραγματοποίησαν τρισδιάστατες προσομοιώσεις σε πραγματικό χρόνο, δείχνοντας πώς οι έντονες δέσμες λέιζερ αλληλεπιδρούν με το κβαντικό κενό – έναν χώρο που δεν είναι πραγματικά άδειος αλλά γεμάτος με βραχύβια ζεύγη ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων. 
Η εργασία τους, που δημοσιεύτηκε στο Communications Physics, προσφέρει μια προσεκτική ματιά στο τι συμβαίνει όταν το φως φαίνεται να προέρχεται από το “σκοτάδι”, κάτι που μοιάζει λίγο με μαγεία από την άποψη της κλασικής φυσικής.
Χρησιμοποιώντας μια εξαιρετικά προηγμένη έκδοση του λογισμικού προσομοίωσης OSIRIS (συντομογραφία για Outdoor Scene and InfraRed Image Simulation), η ομάδα αναδημιούργησε ένα φαινόμενο που ονομάζεται ανάμειξη τεσσάρων κυμάτων κενού. Σε αυτή τη διαδικασία, τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία από τρεις ισχυρούς παλμούς λέιζερ πολώνουν τα εικονικά σωματίδια στο κενό, προκαλώντας την ανάκλαση των φωτονίων μεταξύ τους – με αποτέλεσμα μια τέταρτη δέσμη λέιζερ.
“Δεν είναι απλώς η ακαδημαϊκή περιέργεια – είναι ένα σημαντικό βήμα προς την πειραματική επιβεβαίωση των κβαντικών φαινομένων που μέχρι τώρα ήταν ως επί το πλείστον θεωρητικά”, δήλωσε ο καθηγητής Peter Norreys από το Τμήμα Φυσικής της Οξφόρδης.
Αυτό που καθιστά επίκαιρο αυτό το έργο είναι η παγκόσμια ανάπτυξη συστημάτων λέιζερ πολλαπλών Petawatt που μπορούν να δημιουργήσουν εξαιρετικά ισχυρά ηλεκτρομαγνητικά πεδία.
Εγκαταστάσεις όπως το Vulcan 20-20 στο Ηνωμένο Βασίλειο, το ELI στην Ευρώπη και τα SHINE και SEL στην Κίνα, μαζί με το λέιζερ διπλής δέσμης OPAL (γραμμή οπτικού παραμετρικού ενισχυτή) στις ΗΠΑ, αναμένεται να φτάσουν τα επίπεδα ισχύος που απαιτούνται για να δούμε αυτά τα σπάνια κβαντικά φαινόμενα σε πραγματικά πειράματα.
Για να κάνουν τις προσομοιώσεις τους πιο ακριβείς, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν έναν ημι-κλασικό αριθμητικό επιλυτή βασισμένο στο Heisenberg-Euler Lagrangian. Αυτή η προσέγγιση τους επέτρεψε να μοντελοποιήσουν δύο κύρια κβαντικά φαινόμενα κενού και να ελέγξουν τα αποτελέσματά τους σε σχέση με γνωστές προβλέψεις για διπλή διάθλαση κενού – ένα φαινόμενο όπου το φως διασπάται ή μετατοπίζεται καθώς διέρχεται από ένα ισχυρό ηλεκτρομαγνητικό πεδίο.
Δοκίμασαν παλμούς λέιζερ τόσο σε επίπεδου κύματος όσο και σε παλμούς Gaussian laser και διαπίστωσαν ότι οι έξοδοι τους ταίριαζαν με τις υπάρχουσες θεωρίες. Για την περίπτωση ανάμειξης τεσσάρων κυμάτων, χρησιμοποίησαν τρεις δέσμες Gaussian laser και μπόρεσαν να παρακολουθήσουν τον σχηματισμό της τέταρτης δέσμης με την πάροδο του χρόνου. Η προσομοίωση έδωσε σαφείς μετρήσεις για το πόσο διήρκεσε η αλληλεπίδραση.
“Το πρόγραμμα του υπολογιστή μας, μας δίνει ένα τρισδιάστατο παράθυρο με χρονική ανάλυση στις αλληλεπιδράσεις κβαντικού κενού που πριν ήταν εκτός εμβέλειας”, δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας Zixin Zhang, διδακτορικός φοιτητής στην Οξφόρδη. “Εφαρμόζοντας το μοντέλο μας σε ένα πείραμα τριών δεσμών, καταφέραμε να καταγράψουμε το πλήρες φάσμα των κβαντικών υπογραφών, μαζί με λεπτομερείς πληροφορίες για την περιοχή αλληλεπίδρασης και τις βασικές χρονικές κλίμακες”.
Η ομάδα συνέκρινε τα αποτελέσματά της με απλούστερα μοντέλα και προηγούμενα δεδομένα για να βεβαιωθεί ότι όλα ελέγχονται σωστά. Αυτά τα εργαλεία αναμένεται να βοηθήσουν τους επιστήμονες να σχεδιάσουν πειράματα στην πραγματική ζωή, με μεγαλύτερο έλεγχο του χρονισμού, του σχήματος και της κατεύθυνσης του λέιζερ.
DOI https://doi.org/10.1038/s42005-025-02128-8
Αν και τα δελτία τύπου θα είναι από πολύ επιλεγμένα έως και σπάνια, είπα να περάσω … γιατί καμιά φορά κρύβονται οι συντάκτες.
