پژوهشگران دانشگاه آکسفورد با همکاری انستیتو عالی فنی دانشگاه لیسبون (Instituto Superior Técnico) موفق شدند برای نخستین‌بار شبیه‌سازی‌های سه‌بعدی و بلادرنگی از چگونگی تغییر خلا کوانتومی توسط پرتوهای لیزر فوق‌قدرتمند ایجاد کنند؛ دستاوردی که گامی مهم در مسیر مشاهده پدیده‌های نظری و کمترشناخته‌شده فیزیک کوانتومی به‌شمار می‌رود.
به گزارش sciencedaily، در نگاه کلاسیک خلا به‌عنوان فضایی کاملا خالی در نظر گرفته می‌شود؛ اما طبق نظریه‌های کوانتومی، این فضا مملو از جفت‌های مجازی الکترون و پوزیترون است که در کسری از ثانیه پدیدار و ناپدید می‌شوند. تیم پژوهشی در آکسفورد توانسته است با بهره‌گیری از مدل‌سازی‌های رایانه‌ای پیشرفته، پدیده‌ای موسوم به چهارموجی خلا (vacuum four-wave mixing) را شبیه‌سازی کند. در این پدیده تمرکز دقیق سه پالس لیزری موجب قطبش ذرات مجازی در خلا شده و برخورد فوتون‌ها با یکدیگر را ممکن می‌سازد؛ فرایندی که به شکل‌گیری پرتو چهارمی از نور می‌انجامد و به‌عنوان نور از تاریکی توصیف می‌شود.
به گفته‌ی پیتر نوریس از اعضای گروه فیزیک دانشگاه آکسفورد و یکی از نویسندگان این پژوهش: این شبیه‌سازی صرفا یک کنجکاوی علمی نیست، بلکه گامی بزرگ در جهت اثبات تجربی اثرات کوانتومی است که تاکنون صرفا در سطح نظری مطرح بوده‌اند.
عصر جدید لیزر‌های فوق‌قدرتمند
این یافته‌ها هم‌زمان با آغاز به کار نسل جدیدی از لیزر‌های فوق‌پرتوان منتشر شده است. سامانه‌هایی مانند Vulcan ۲۰-۲۰ در بریتانیا، پروژه‌ی اروپایی Extreme Light Infrastructure (ELI) و تأسیسات Station for Extreme Light (SEL) و SHINE در چین، توان تولید پرتو‌هایی را دارند که می‌تواند برای نخستین‌بار پدیده‌ی پراکندگی فوتون-فوتون را در آزمایشگاه به‌طور مستقیم مشاهده کند. همچنین در آمریکا و در مرکز OPAL دانشگاه راچستر این پدیده به‌عنوان یکی از سه آزمایش اصلی لیزر دوپرتوی ۲۵ پتاواتی انتخاب شده است.
شبیه‌سازی‌های اخیر با استفاده از نسخه‌ی پیشرفته نرم‌افزار OSIRIS انجام شد؛ ابزاری که برای مدل‌سازی برهم‌کنش میان پرتوهای لیزر و ماده یا پلاسما توسعه یافته است.
زیکسین (لیلی) ژانگ، دانشجوی دکتری فیزیک در دانشگاه آکسفورد و نویسنده اصلی این مقاله در توضیح نتایج گفت: برنامه‌ی ما امکان مشاهده‌ی سه‌بعدی و در مقیاس زمانی واقعی از تعاملات خلا کوانتومی را فراهم می‌کند؛ چیزی که پیش‌تر در دسترس نبود. با به‌کارگیری این مدل در آزمایش پراکندگی سه‌پرتویی، توانستیم امضا‌های کامل کوانتومی و جزئیات ناحیه‌ی برهم‌کنش را ثبت کنیم. اکنون با اعتبارسنجی این شبیه‌سازی‌ها، گام بعدی ما بررسی ساختار‌های پیچیده‌تر، از جمله پرتوهای لیزر با کانون متحرک و پالس‌های پرسرعت خواهد بود.
این مدل‌ها داده‌های کلیدی مورد نیاز برای طراحی آزمایش‌های واقعی را فراهم می‌کنند از جمله شکل پرتوهای لیزر و زمان‌بندی دقیق پالس‌ها. همچنین جزئیات جدیدی از تحول برهم‌کنش‌ها در زمان واقعی و تأثیر ناهم‌تقارنی‌های جزئی در هندسه‌ی پرتو‌ها بر نتیجه‌ی نهایی آشکار شده است.
به گفته‌ی تیم پژوهشی، این ابزار نه‌تنها به طراحی آزمایش‌های آتی در حوزه‌ی لیزر‌های پرانرژی کمک می‌کند، بلکه می‌تواند در جست‌وجوی ذرات فرضی مانند آکسیون‌ها و ذرات با بار بسیار اندک (millicharged particles) نیز نقش داشته باشد؛ ذراتی که برخی فیزیک‌دانان آنها را از نامزد‌های احتمالی ماده‌ی تاریک می‌دانند.
پروفسور لوئیس سیلوا از دانشگاه لیسبون و استاد مهمان فیزیک در دانشگاه آکسفورد نیز در این باره گفت: طیف گسترده‌ای از آزمایش‌های برنامه‌ریزی‌شده در پیشرفته‌ترین مراکز لیزری جهان از روش محاسباتی جدید ما بهره‌مند خواهند شد. ترکیب لیزر‌های فوق‌پرتوان، فناوری‌های آشکارسازی پیشرفته و مدل‌سازی تحلیلی و عددی دقیق پایه‌گذار عصری نو در تعاملات لیزر و ماده است که افق‌های تازه‌ای را برای فیزیک بنیادی می‌گشاید.
این پژوهش به باور دانشمندان دریچه‌ای تازه به جهان خلا کوانتومی گشوده و راه را برای آزمودن نظریه‌های فیزیکی در شرایطی هم‌ارز با انرژی‌های کیهانی هموار می‌کند؛ جایی که شاید واقعا بتوان نور را از دل تاریکی دید.
انتهای پیام/