Свет ударяется о вакуум: учёные раскрыли эффект, который нельзя увидеть

Можно ли представить, что лазерный луч может столкнуться с невидимой стеной? Или что свет отталкивается от самого себя? Это не научная фантастика, а реальные квантовые эффекты, которые теперь можно смоделировать с потрясающей точностью.

Британские физики разработали алгоритм, способный рассчитывать, как фотоны высоких энергий взаимодействуют с виртуальными частицами в вакууме. Эти частицы, согласно законам квантовой механики, постоянно появляются и исчезают, превращая, казалось бы, пустое пространство в бурлящее море невидимой активности.

Что это значит для науки и технологий

Созданный учёными симулятор способен предсказывать сложные эффекты, возникающие при прохождении света через кристаллы и области с мощными магнитными полями. Алгоритм встроен в программный пакет OSIRIS, широко используемый при моделировании сверхмощных лазеров.

Цель — не только теоретическая. Такие расчёты станут основой для разработки лазеров с мощностью в десятки петаватт и помогут наблюдать квантовые эффекты, ранее остававшиеся лишь в уравнениях.

"Эти расчёты важны не только с академической точки зрения — они помогут впервые экспериментально подтвердить квантовые эффекты, о которых мы до сих пор только догадывались", — говорит профессор Питер Норрейс из Оксфордского университета.

Вакуум как арена квантовой драмы

Оказалось, что поведение света в вакууме далеко не прямолинейное. При высоких энергиях начинают проявляться экзотические эффекты: фотоны могут отражаться от "неосязаемых" объектов, отклоняться от курса и даже взаимодействовать друг с другом. Это создаёт проблемы — но и даёт учёным шанс на новые открытия, например, получение позитронов и других частиц антиматерии.

"Наш алгоритм открыл перед нами трёхмерное окно в квантовый мир вакуума. Мы смогли смоделировать все ключевые феномены, возникающие при столкновении лазерных лучей в кристалле. Это — начало пути к пониманию ещё более сложных структур внутри самого луча", — отмечает научный сотрудник Чжань Цзысинь из Оксфорда.

Уточнения

Ва́куум (от лат. vacuum - пустота) — пространство, свободное от вещества. В технике и прикладной физике под вакуумом понимают среду, состоящую из газа при давлении значительно ниже атмосферного.