Oxford Üniversitesi ile Lizbon’daki Instituto Superior Técnico’dan bilim insanları, güçlü lazer ışınlarının kuantum boşluğuyla nasıl etkileşime girdiğini gösteren üç boyutlu gerçek zamanlı bir simülasyon geliştirdi. Bu çalışma, klasik fiziğin açıklamakta zorlandığı düzeyde ışığın “karanlıktan” nasıl doğduğunu gözler önüne seriyor. Simülasyon sonuçları Communications Physics dergisinde yayımlandı.
Simülasyonlar Gerçeğe Yakın Sonuçlar Verdi
Araştırma ekibi, “vakum dört dalga karışımı” olarak adlandırılan bir olguyu simüle etti. Bu süreçte üç farklı güçlü lazer darbesi, kuantum boşluğundaki sanal parçacıkları kutuplaştırarak fotonların birbiriyle çarpışmasına yol açtı. Çarpışma sonucunda dördüncü bir lazer ışını oluştu. Yani, görünürde tamamen boş bir uzay parçası, doğru koşullarda yeni bir ışık kaynağına dönüşebildi.
Ekip, OSIRIS adlı gelişmiş bir simülasyon yazılımının özelleştirilmiş sürümünü kullandı. Heisenberg-Euler Lagrangyenine dayanan yarı-klasik sayısal çözücü ile oluşturulan model, kuantum boşluğundaki iki temel etkiyi başarılı şekilde yansıttı. Araştırmacılar, düzlemsel ve Gauss biçimli lazer darbeleriyle yaptıkları deneylerde, elde edilen sonuçları mevcut teorik verilerle kıyaslayarak modelin doğruluğunu kanıtladı.
Profesör Peter Norreys, yapılan çalışmanın yalnızca teorik bir merak konusu olmadığını vurguladı. Bu simülasyonların, uzun zamandır varsayımsal olan kuantum vakum etkilerinin deneysel doğrulamasına bir adım daha yaklaştığını belirtti. Özellikle İngiltere’deki Vulcan 20-20, Avrupa’daki ELI ve Çin’deki SHINE ile SEL tesisleri gibi çok güçlü Petawatt sınıfı lazer sistemlerinin kullanıma girmesi, bu tür deneylerin yapılmasını mümkün kılıyor.
Oxford Üniversitesi doktora öğrencisi Zixin Zhang, geliştirilen programın etkileşim bölgesini ve zaman ölçeklerini ayrıntılı şekilde çözümleyebildiğini belirtti. Üç lazer ışınının çarpıştırılmasıyla yapılan simülasyon, astigmatizma gibi optik kusurları da ortaya koyarak gerçek deneylerde karşılaşılabilecek durumlara ışık tuttu.
Araştırmacılar, bu simülasyon tekniğinin yalnızca vakum etkileriyle sınırlı kalmayacağını düşünüyor. Elde edilen model, karanlık madde adayları arasında gösterilen aksiyonlar ve düşük yüklü parçacıkların varlığını araştırmada da kullanılabilecek. Profesör Luis Silva, yeni nesil deneylerin daha hassas hâle gelmesi için bu sayısal modellemenin büyük katkı sağlayacağını ifade etti.
