科技日報記者 張夢然

英國牛津大學與葡萄牙里斯本大學高等技術(shù)學院合作，借助先進的計算模型，首次實現(xiàn)了強激光束改變“量子真空”的實時三維模擬。這一突破性成果標志著人類首次在實驗室條件下模擬光與真空空間的相互作用，將原本僅存在于科幻小說中的概念變?yōu)楝F(xiàn)實。相關(guān)研究5日發(fā)表于《通訊·物理學》雜志。

根據(jù)量子物理學理論，“量子真空”并非真正意義上的“空”，而是充滿了不斷產(chǎn)生和湮滅的虛擬電子—正電子對。此次模擬重現(xiàn)了一種長期以來被預測存在、卻從未直接觀測到的奇異現(xiàn)象：光似乎能夠從黑暗中產(chǎn)生。研究發(fā)現(xiàn)，當3個聚焦的激光脈沖產(chǎn)生的電磁場作用于真空時，會使其中的虛擬粒子發(fā)生極化，導致光子像臺球一樣互相碰撞并反彈，最終形成第四束新的激光束。

這項模擬使用的是OSIRIS軟件包的升級版本，該軟件廣泛用于模擬激光與物質(zhì)或等離子體之間的相互作用。新模型提供了前所未有的時間分辨三維視角，使人們得以觀察此前無法看到的量子真空相互作用過程。

通過將模型應用于三光束散射實驗，團隊不僅捕捉到了完整的量子特征，還深入理解了相互作用區(qū)域的關(guān)鍵時間尺度。在完成全面基準測試后，他們下一步計劃探索更復雜的特殊激光結(jié)構(gòu)和飛焦級脈沖行為。

這些模擬結(jié)果為實驗物理學家提供了設(shè)計精確實驗所需的關(guān)鍵細節(jié)，例如真實的激光形狀和脈沖時間控制。此外，模擬還揭示了相互作用的動態(tài)演化過程，并展示了光束幾何結(jié)構(gòu)中細微的不對稱性如何影響最終結(jié)果。

該工具還將助力未來高強度激光實驗，有望探測構(gòu)成暗物質(zhì)的潛在候選者。這項研究也意味著激光與物質(zhì)相互作用的新時代正在開啟，為基礎(chǔ)物理學的發(fā)展開辟了全新視野。

總編輯圈點

這是量子光學與強場物理領(lǐng)域的一次重大飛躍，其意義或遠超實驗室范疇——它能為探索宇宙基本規(guī)律打開新窗口，激光操控真空態(tài)的方法，讓人們擴展了探測暗物質(zhì)候選粒子的工具包；它也將推動高強度激光技術(shù)、精密測量和數(shù)據(jù)分析方法的發(fā)展，或?qū)⒋呱滦凸庾悠骷土孔有畔⑻幚砑夹g(shù)。更重要的是，它讓人類向理解“無中生有”邁出了堅實一步，真正讓科幻照進現(xiàn)實。