Lumină din întuneric: Cum trei lasere pot crea un fascicul din nimic, conform cercetătorilor

Ce-ar fi dacă ți-am spune că este posibil să creezi lumină… din nimic? Nu este o glumă, nici un truc de magie. O echipă internațională de cercetători de la Universitatea Oxford și Universitatea din Lisabona tocmai a făcut un pas important în această direcție printr-o simulare cuantică extrem de realistă.

Utilizând o unealtă numerică avansată – un solver semi-clasic – echipa a demonstrat că este teoretic posibil ca trei fascicule laser extrem de puternice, aliniate cu precizie într-un vid absolut, să genereze un al patrulea fascicul de lumină. Fenomenul poartă numele de four-wave mixing (amestecarea a patru unde), și, în esență, arată cum dintr-un spațiu aparent gol poate fi „stoarsă” lumină reală.

Pentru cei mai mulți dintre noi, vidul este echivalentul nimicului. Dar în fizica cuantică, vidul este orice altceva decât gol. Este o „mare” de posibilități, un loc în care particulele virtuale – fotoni, electroni, quarcuri – apar și dispar în fracțiuni infime de timp.

Ceea ce le împiedică să rămână reale este echilibrul perfect în care ele se anulează reciproc. Dar ce-ar fi dacă un dezechilibru calculat, creat prin câmpuri electromagnetice puternice, ar „forța” aceste particule să nu se mai anuleze? Asta este exact ceea ce au investigat fizicienii Peter Norreys și Zixin Zhang în simulările lor tridimensionale.

Prin introducerea a trei fascicule laser de intensitate extremă în ecuațiile care guvernează comportamentul câmpurilor electromagnetice în vid, cercetătorii au descoperit că polarizarea creată de interacțiunea acestora este suficient de puternică pentru a separa fotonii virtuali înainte ca aceștia să dispară. Rezultatul? Un al patrulea fascicul de lumină – unul real, generat exclusiv din vidul aparent „gol”.

Trei lasere, un vid și o teorie veche: S-a făcut primul pas spre confirmare experimentală

Fenomenul de „împrăștiere foton-foton” (photon-photon scattering) este prezis de multă vreme de teoria cuantică, dar până acum a fost imposibil de observat direct. Obstacolele principale au fost lipsa unor surse suficient de puternice și dificultatea de a distinge semnalul dorit de „zgomotul” altor particule generate în experimente.

Simularea celor de la Oxford și Lisabona oferă nu doar confirmarea numerică a posibilității fenomenului, ci și o hartă detaliată a regiunii de interacțiune și a intervalelor de timp critice. Aceasta este o premieră – un ghid realist pentru experimentatori, care acum știu mai bine ce trebuie să caute.

„Acesta nu este doar un exercițiu teoretic,” a declarat Peter Norreys. „Este un pas semnificativ către confirmarea experimentală a unor efecte cuantice care până acum au existat doar pe hârtie”.

România, SUA și China – în cursa globală pentru a demonstra că „nimicul” poate genera lumină

Și poate că nu va mai dura mult până când această teorie va deveni realitate. România se află chiar în centrul acestei revoluții științifice. Proiectul Extreme Light Infrastructure (ELI), găzduit la Măgurele, deține unele dintre cele mai avansate lasere din lume, capabile să atingă 10 petawați în impulsuri ultrarapide.

Între timp, în Statele Unite, proiectul EP-OPAL de la Universitatea din Rochester pregătește două fascicule de 25 de petawați, special concepute pentru experimente de împrăștiere foton-foton. China, la rândul ei, prin Shanghai High Repetition Rate X-ray Free Electron Laser and Extreme Light Facility, își propune să atingă un record absolut: 100 de petawați, folosind tehnologia cu electroni liberi.

Aceste laboratoare sunt echipate exact cu tehnologia necesară pentru a valida experimentele simulate de echipa europeană. Dacă simulările sunt corecte, atunci în următorii ani am putea asista la demonstrația practică a unui fenomen care, până acum, părea aproape ezoteric: generarea luminii din nimic.

Această descoperire nu este doar o victorie pentru fizica teoretică, ci și o dovadă a capacității tehnologiei moderne de a pătrunde în cele mai adânci mistere ale Universului. Ceea ce părea de domeniul science fictionului – extragerea de lumină din vid – este acum mai aproape ca oricând de confirmare.

Fizicienii nu mai caută doar răspunsuri în coliziunile dintre particule masive, ci și în dansul subtil al fotonilor, în liniștea absolută a vidului, unde realitatea începe să se contureze din umbre. Iar România, alături de alți jucători globali, se află în prima linie a acestei explorări extraordinare.

Lumina, se pare, chiar poate răsări din întuneric.