آنچه به نظر میرسد نیرویی فراطبیعی باشد، با شبیهسازی اثرات کوانتومی که انتظار میرود وقتی میدانهای الکترومغناطیسی فوقالعاده قوی در خلا با هم برخورد کنند، پدیدار شود، تأیید شده است.
یک تیم پژوهشی از دانشگاه آکسفورد در انگلستان و دانشگاه لیسبون در پرتغال با استفاده از حلکننده معادلات نیمهکلاسیک، پدیدههای کوانتومی را به صورت سهبعدی و در زمان واقعی شبیهسازی کردند و پیشبینیهایی را درباره اتفاقاتی که باید هنگام ترکیب پالسهای لیزری بسیار شدید در فضای خالی رخ دهد، آزمایش کردند.
پتر نوریس، فیزیکدان دانشگاه آکسفورد، میگوید: «این فقط یک کنجکاوی علمی نیست؛ بلکه گامی بزرگ به سمت تأیید تجربی اثرات کوانتومی است که تا کنون بیشتر نظری باقی مانده بودند.»
فناوری لیزر از زمان اختراعش حدود نیم قرن پیش، پیشرفتهای زیادی کرده است. لیزرها اکنون قادرند در لحظاتی کوتاه، توانهای پتاواتی متمرکز کنند و گفته میشود که میتوانند به معنای واقعی کلمه ماده را از دل ساختار واقعیت بیرون بکشند.
فضای خالی که ما میشناسیم، در سطح کوانتومی، اقیانوسی از احتمالات است. میدانهایی که نمایانگر انواع تعاملات فیزیکیاند، با وعده ذراتی که ما آنها را اساس نور و بلوکهای سازنده ماده میشناسیم، پرطنیناند. این ذرات مجازی در کسری از ثانیه ظاهر و ناپدید میشوند.
برای آنکه این ذرات بیشتر دوام بیاورند، نیاز به شرایط فیزیکی مناسبی است که مانع از نابودی یکدیگر شوند؛ شرایطی که مجموعهای از میدانهای قوی الکترومغناطیسی در ترتیب مناسب میتوانند فراهم کنند.
برای بررسی اینکه آیا توان لیزرها میتواند واقعاً چیزی را از هیچ خلق کند، نوریس و تیمش مدلهای محاسباتی را بر اساس ریاضیات میدانهای الکترومغناطیسی در خلا اجرا کردند.
نتایج نشان داد که ترکیب سه پرتو لیزر قوی به همراه میدانهای الکترومغناطیسی آنها میتواند قطبش نوری ایجاد کند که فوتونهای مجازی را مجبور میکند پیش از ناپدید شدن از هم جدا شوند. این پدیده که به نام «ترکیب چهار موج» شناخته میشود، فوتونهای پراکنده شده را به صورت یک پرتو نور چهارم ظاهر میکند.
این نوع پراکندگی فوتون-فوتون از مدتها پیش پیشبینی شده بود، اما تلاشها برای مشاهده آن در عمل تاکنون بینتیجه مانده است.
زیسین ژانگ، فیزیکدان و نویسنده اصلی این مطالعه در آکسفورد، میگوید: «با استفاده از مدل ما در آزمایش پراکندگی سه پرتو، توانستیم تمام نشانههای کوانتومی و جزئیات تعامل و بازههای زمانی کلیدی را ثبت کنیم.»
اگرچه نتایج فعلاً عددی هستند، اما توصیف فیزیکی واقعگرایانهتری نسبت به مدلهای قبلی ارائه میدهند و شاید لازم نباشد مدت زیادی منتظر آزمایشهای عملی باشیم.
در پروژه زیرساخت نور فوقالعاده در رومانی، پیشرفتهترین امکانات لیزر با توان بالا وجود دارد که هماکنون میانگین توانهای حدود ۱۰ پتاوات در پالسهای بسیار کوتاه را به دست آورده است.
در همین حال، پروژه EP-OPAL در دانشگاه راچستر آمریکا دو پرتو ۲۵ پتاواتی در دست توسعه دارد و آزمایشهای پراکندگی فوتون-فوتون نیز در حال برنامهریزی است.
تأسیسات لیزر الکترون آزاد با نرخ تکرار بالا در شانگهای چین هم امسال قصد دارد با فناوری الکترون آزاد خود رکورد ۱۰۰ پتاوات را ثبت کند.
امید میرود با استفاده از فوتونها برای ایجاد میدانهای الکترومغناطیسی لازم، نور پراکنده شده از دل تاریکی در میان ابر ذرات دیگر گم نشود و برای همیشه ثابت شود که در فیزیک میتوان چیزی را از هیچ بیرون کشید.
این پژوهش در مجله Communications Physics منتشر شده است.