精心校准三束强大的激光,有可能产生一束神秘的第四束光,这束光仿佛从黑暗本身中被激发而出。听起来像是神秘力量在起作用的现象,已通过模拟得到证实。这种模拟针对的是超高电磁场相遇时,我们预期会从真空中出现的量子效应。
英国牛津大学和葡萄牙里斯本大学的一组研究人员,使用半经典方程求解器,实时并在三维空间中模拟量子现象,测试当超强激光脉冲在真空中合并时应发生的情况。牛津大学物理学家彼得·诺雷斯表示:“这不仅仅是学术上的好奇,这是朝着实验证实量子效应迈出的重要一步,在此之前,量子效应大多停留在理论层面。”
自半个多世纪前发明以来,激光技术取得了长足进步。理论上,激光能在瞬间聚焦拍瓦级别的能量,甚至能从现实的结构中激发出物质。我们所认为的真空,从量子层面看,是充满可能性的海洋。代表各种物理相互作用的场,蕴含着粒子的潜力,这些粒子是光的基础和物质的构成要素。这些虚拟粒子在极短时间内不断地产生和消失。
若要让它们更持久地显现,只需适当的物理诱导,阻止它们相互抵消。例如,一系列以合适方式排列的强电磁场就能提供这种诱导。为确定激光的力量是否真能无中生有,诺雷斯及其团队基于真空中电磁场的数学原理,运行计算模型。
将数据输入求解器后发现,混合三束足够强的激光及其电磁场,能产生一定程度的极化,使虚拟光子在消失前分离。这种现象被称为四波混频,散射的光子会形成第四束光。这种光子 – 光子散射现象长期以来被预测是可能的,但目前在现实中观测它的尝试均未成功。
该研究的第一作者、牛津大学物理学家张自新表示:“通过将我们的模型应用于三束光散射实验,我们能够捕捉到完整的量子特征..
罗马尼亚的极端光基础设施项目,目前拥有世界上最先进的高功率激光基础设施,已在超短光脉冲中实现平均约10拍瓦的功率。与此同时,美国罗切斯特大学的EP – OPAL项目正在研发两束25拍瓦的光束,并已计划进行光子 – 光子散射实验。中国的上海高重复频率X射线自由电子激光和极端光设施,今年也希望打破记录,目标是利用其自由电子技术达到100拍瓦。
人们希望仅使用光子就能产生必要的电磁场,从黑暗中散射出的光不会被其他粒子掩盖,最终证明在物理学中无中生有是可能的。








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