O simulare cuantică a „stors” lumină din întuneric

Cercetătorii au „stors” lumină din întuneric. Alinierea precisă a trei lasere extrem de puternice ar putea genera o a patra rază misterioasă de lumină, apărută parcă din întunericul absolut.

Oamenii de știință au „stors” lumină din întuneric. Deși pare desprins dintr-un ritual ocult, acest fenomen a fost confirmat de o simulare a efectelor cuantice care pot apărea în vid atunci când câmpuri electromagnetice de intensitate extremă interacționează.

• Oamenii de știință dezvăluie trucul surprinzător prin care scapi de insomnie
• Carnea de somon crescută în laborator a fost aprobată pentru consum

O echipă de cercetători de la Universitatea Oxford (Marea Britanie) și Universitatea din Lisabona (Portugalia) a folosit un model semi-clasic pentru a simula în timp real și în trei dimensiuni aceste fenomene cuantice. Scopul: să testeze ce se întâmplă atunci când impulsuri laser de o intensitate uriașă se combină în spațiu gol.

„Nu vorbim doar despre o curiozitate academică, este un pas important către confirmarea experimentală a unor efecte cuantice care, până acum, au fost doar teoretice”, explică fizicianul Peter Norreys, de la Oxford.

Cercetătorii au „stors” lumină din întuneric

Tehnologia laser a avansat enorm de la inventarea sa, în urmă cu puțin peste o jumătate de secol. Astăzi, putem concentra petawați de putere în fracțiuni de secundă, teoretic, suficient cât să scoatem materie chiar din țesătura realității.

La nivel cuantic, ceea ce numim „spațiu gol” este, de fapt, un adevărat ocean de posibilități. Diverse câmpuri fizice vibrează cu potențialul de a genera particule, inclusiv fotoni și constituenți fundamentali ai materiei. Aceste particule virtuale apar și dispar constant, în intervale infinitezimale de timp.

Pentru ca ele să existe mai mult decât pentru o clipă, este nevoie de o „forțare” fizică suficient de intensă, care să le împiedice să se anuleze reciproc, exact genul de influență pe care câmpurile electromagnetice extrem de puternice o pot exercita atunci când sunt configurate corect.

Pentru a verifica dacă aceste predicții sunt corecte, echipa lui Norreys a rulat simulări pe baza ecuațiilor care descriu comportamentul câmpurilor electromagnetice în vid.

Rezultatele au arătat că, dacă se combină trei fascicule laser suficient de intense, câmpurile lor electromagnetice pot genera un tip de polarizare care „smulge” fotonii virtuali din vid, forțându-i să devină reali pentru o perioadă mai lungă. Acest fenomen, cunoscut sub numele de „amestec în patru unde” (four-wave mixing), s-ar manifesta sub forma unei a patra raze de lumină. Fenomenul a fost prezis teoretic de mult timp, însă până acum a fost imposibil de observat direct în experimente, scrie Science Alert.

Încotro se îndreaptă cercetarea?

„Aplicând modelul nostru unui experiment cu trei raze laser, am reușit să surprindem întreaga gamă de semnături cuantice, dar și detalii esențiale despre zona de interacțiune și scara de timp implicată”, spune fizicianul Zixin Zhang, autorul principal al studiului.

Deși, momentan, rezultatele sunt doar numerice, ele oferă o descriere mai realistă din punct de vedere fizic decât modelele anterioare. Și e posibil să nu trebuiască să așteptăm prea mult pentru confirmarea lor experimentală.

În România, Extreme Light Infrastructure (ELI) găzduiește cea mai avansată infrastructură laser de mare putere din lume, atingând deja valori medii de aproximativ 10 petawați în impulsuri ultra-scurte.

În Statele Unite, proiectul EP-OPAL, de la Universitatea Rochester, dezvoltă două lasere de câte 25 petawați, cu experimente deja în pregătire. În paralel, China, prin unitățile Shanghai XFEL și Extreme Light, vizează atingerea unui record de 100 de petawați în acest an, folosind tehnologia laser cu electroni liberi.

Folosind exclusiv fotoni pentru a genera câmpurile electromagnetice necesare, cercetătorii speră că lumina „stoarsă” din întuneric nu va fi ascunsă de un nor de alte particule și că, în sfârșit, vor demonstra că este posibil, din punct de vedere fizic, să creezi „ceva din nimic”.

Studiul a fost publicat în revista Communications Physics.

Vă recomandăm să citiți și:

Cercetătorii chinezi au reușit un progres major cu ajutorul unui mineral rar

Oamenii de știință chinezi au detectat o reacție de fuziune a carbonului extrem de rară

Hidrogenul invizibil ar putea elucida secretele materiei întunecate

Test de cultură generală. Putem auzi electricitatea?