Чи може лазерний промінь взаємодіяти з порожнім простором? Чи може світло відхилятися від себе? Це не науково-фантастичні концепції, а реальні квантові ефекти, які вчені зараз моделюють з неймовірною точністю.
Британські фізики розробили алгоритм, здатний обчислювати, як високоенергетичні фотони взаємодіють з віртуальними частинками у вакуумі. Ці частинки, керовані законами квантової механіки, постійно з'являються та зникають, ефективно створюючи море активності.
Створений симулятор може передбачати складні ефекти, які виникають, коли світло проходить через кристали та області з сильними магнітними полями. Алгоритм вбудований у програмний пакет OSIRIS, який широко використовується для моделювання потужних лазерів.
Це дослідження не просто теоретичне. Ці розрахунки стають основою для розробки потужних лазерів у наступному десятилітті та допоможуть вивчити квантові ефекти, про які раніше лише здогадувалися.
«Ці розрахунки важливі не лише з академічної точки зору, але й тому, що вони можуть допомогти експериментально підтвердити квантові ефекти, про які ми досі могли лише здогадуватися», – каже професор Пітер Норріс з Оксфордського університету.
Виявляється, що поведінка світла у вакуумі далека від простої. При високих енергіях починають з'являтися екзотичні ефекти: фотони можуть розсіюватися від «невидимих» об'єктів, відхилятися від свого курсу і навіть взаємодіяти один з одним. Це створює проблеми, але також дає вченим шанс зробити нові відкриття, такі як створення позитронів та інших антиречовинних частинок.
«Наш алгоритм відкрив вікно у квантовий світ вакууму. Ми змогли змоделювати всі ключові явища, які виникають, коли лазерні промені стикаються в кристалі. Це початок шляху до розуміння ще складніших структур у самому світлі», – зазначає науковець Джон Зискин з Оксфорда.
Вакуум (від латинського vacuum – порожній) – це простір, вільний від матерії. У технологіях та прикладній фізиці під середовищем мається на увазі середовище з тиском, значно нижчим за атмосферний.