موفقیت دانشمندان در آزمایش عجیب برهم‌کنش نور با «هیچ» کوانتومی

فیزیک کلاسیک پیش‌بینی می‌کند که پرتوهای نور بدون هیچ اختلالی از کنار یکدیگر عبور می‌کنند، اما مکانیک کوانتومی بر این باور است که حتی چیزی که ما آن را خلاء می‌دانیم، همواره آکنده از ذرات گذرایی است که به‌طور لحظه‌ای ظاهر و ناپدید و باعث پراکندگی نور می‌شوند.

شبیه‌سازی‌های اخیر که جزئیات آن در مقاله‌ منتشرشده در مجله «کامیونیکیشنز فیزیکس» (Communications Physics) آمده است، پدیده‌ای عجیب را بازسازی کردند که فیزیک کوانتومی پیش‌بینی کرده بود.

این نظریه پیش‌بینی می‌کند که اثر ترکیبی سه پالس متمرکز لیزر می‌تواند ذرات مجازی موجود در خلاء را تغییر دهد و در یک فرایند «تولید نور از تاریکی»، پرتو لیزر چهارمی ایجاد کند. پیتر نوریز، یکی از نویسندگان این مقاله، گفت: «این صرفا یک کنجکاوی علمی نیست. این گامی مهم به سوی تایید تجربی آثار کوانتومی است که تاکنون عمدتا [در حیطه] نظری باقی مانده بودند.»

فیزیک‌دانان برای مدلسازی تعامل میان پرتوهای لیزر و ماده، از یک بسته نرم‌افزاری شبیه‌سازی به نام «اوسیریس»(OSIRIS) استفاده کردند که به آن‌ها امکان داد تا به برهم‌کنش‌های نور و خلاء نگاهی بیندازند؛ برهم‌کنش‌هایی که پیش‌تر دسترسی به آن‌ها ممکن نبود.

شبیه‌سازی‌ها نشان دادند که پرتوهای شدید لیزر می‌توانند ذرات مجازی را تحریک کنند و باعث شوند ذرات نور همانند توپ‌های بیلیارد از یکدیگر پراکنده شوند.

این شبیه‌سازی‌ها همچنین نشان دادند که عوامل دنیای واقعی مانند ناهماهنگی در همراستایی پرتوها، چگونه می‌توانند بر نتیجه تاثیر بگذارند. زیکسین ژانگ، یکی دیگر از نویسندگان این مقاله جدید، گفت: «با به‌کارگیری مدلمان در یک آزمایش پراکندگی سه‌پرتویی، توانستیم کل طیف آثار کوانتومی، همراه با درک دقیق از ناحیه تعامل و مقیاس‌های زمانی کلیدی را ثبت کنیم.»

فیزیک‌دانان اکنون امیدوارند آزمایش‌های لیزری در دنیای واقعی انجام دهند تا این پدیده عجیب کوانتومی را تایید کنند.

آزمایش شبیه‌سازی‌شده همچنین می‌تواند راه را برای مطالعه‌ای عمیق‌تر درباره مجموعه‌ای از آثار کوانتومی نظری در خلاء در تنظیمات لیزری دیگر هموار کند.

آن‌ها بر این باورند که این جدیدترین آزمایش شبیه‌سازی‌شده می‌تواند به‌عنوان چارچوبی پایه برای جستجوی ذرات فرضی مانند اکسیون‌ها و ذرات با بار بسیار کم عمل کند؛ ذراتی که نامزدهای احتمالی برای ماده تاریک به شمار می‌روند.