Les physiciens ont atteint les tout premiers simulations 3D en temps réel de la façon dont les faisceaux laser intenses modifient le vide quantique – un état supposé autrefois vide, mais ce que la physique quantique prédit est plein de paires d’électrons virtuelles. De manière passionnante, ces simulations recréent un phénomène bizarre prédit par la physique quantique, connue sous le nom de mélange à quatre ondes sous vide; Cela indique que le champ électromagnétique combiné de trois impulsions laser ciblées peut polariser les paires d’électrons-posititrons virtuelles d’un vide, faisant rebondir les photons comme des boules de billard – générant un quatrième faisceau laser dans un processus « Light from Darkness ».
« Ce n’est pas seulement une curiosité académique – c’est une étape majeure vers la confirmation expérimentale des effets quantiques qui jusqu’à présent ont été principalement théoriques », a déclaré le professeur d’Oxford, Peter Norreys.
Les simulations ont été réalisées à l’aide d’une version avancée d’Osiris, un progiciel de simulation qui modélise les interactions entre les faisceaux laser et la matière ou le plasma.
«Notre programme informatique nous donne une fenêtre 3D résolue dans le temps sur les interactions sous vide quantique qui étaient auparavant hors de portée», a déclaré Zixin (Lily) Zhang, doctorant à l’Université d’Oxford.
«En appliquant notre modèle à une expérience de diffusion à trois faisceaux, nous avons pu capturer la gamme complète des signatures quantiques, ainsi que des informations détaillées sur la région d’interaction et les échelles de temps clés.»
« Ayant bien comparé la simulation, nous pouvons désormais tourner notre attention vers des scénarios plus complexes et exploratoires – y compris les structures de faisceau laser exotiques et les impulsions de focus volantes. »
Surtout, ces modèles fournissent des détails sur lesquels les expérimentateurs dépendent pour concevoir des tests précis et réels, y compris des formes laser réalistes et des horaires d’impulsions.
Les simulations révèlent également de nouvelles perspectives, y compris comment ces interactions évoluent en temps réel et comment les asymétries subtiles de la géométrie du faisceau peuvent déplacer le résultat.
Selon l’équipe, l’outil aidera non seulement à planifier de futures expériences laser à haute énergie, mais pourrait également aider à rechercher des signes de particules hypothétiques telles que les axions et les particules millichargées – des candidats potentiels pour la matière noire.
«Un large éventail d’expériences prévues dans les installations laser les plus avancées sera grandement aidée par notre nouvelle méthode de calcul mise en œuvre dans Osiris», a déclaré le professeur Luis Silva, physicien de l’Instituto Superior Tecnico à l’Université de Lisbonne et à l’Université d’Oxford.
«La combinaison de lasers ultra-intenses, de détection de pointe, de modélisation analytique et numérique de pointe est les fondements d’une nouvelle ère dans les interactions laser-matière, qui ouvriront de nouveaux horizons pour la physique fondamentale.»
