Oxford Üniversitesi ve Lizbon’daki Instituto Superior Técnico’dan bir küme araştırmacı, ağır lazer ışınlarının kuantum vakumuyla nasıl etkileşime girdiğini anlamak emeliyle değerli bir çalışma gerçekleştirdi. Kuantum vakumu, her ne kadar “boş” olarak kabul edilse de aslında kısa müddetliğine ortaya çıkan elektron-pozitron çiftleriyle dolu bir alan olarak tanımlanıyor.
Yapılan bu çalışma, ışığın “karanlıktan” geldiği izlenimi uyandıran bir durumu daha yakından incelemeyi amaçlıyor. Bu cins bir durum, klasik fizik bakış açısıyla hayli sıra dışı ve farklı görünüyor.
Ekip, bu karmaşık fenomeni daha âlâ anlamak için, hayli gelişmiş bir simülasyon yazılımı olan OSIRIS’i kullandı. Bu yazılım, vakumun içinde gerçekleşen dört dalga karıştırma (four-wave mixing) isimli bir olayı yine yaratmayı başardı. Bu süreçte, güçlü lazer darbeleri vakum içindeki sanal parçacıkları polarize ederek fotonların birbirinden sekmesine ve bunun sonucunda dördüncü bir lazer ışınının oluşmasına yol açıyor.
Oxford Üniversitesi Fizik Bölümü’nden Profesör Peter Norreys, bu çalışmanın teorik kuantum tesirlerini deneysel olarak doğrulamak ismine değerli bir adım olduğunu vurguladı. Bu cins kuantum etkileşimleri, şimdiye kadar çoğunlukla teorik bir seviyede kalmıştı, lakin bu deney, bu cins tesirlerin gözlemlenebilir olduğuna dair kıymetli bir ispat sunuyor.
Küresel lazer sistemlerinin rolü
Bu tip deneylerin yapılabilmesi için epey güçlü elektromanyetik alanlar üretebilen lazer sistemlerine muhtaçlık duyuluyor. İşte bu noktada, dünyadaki kimi gelişmiş lazer tesisleri devreye giriyor. İngiltere’deki Vulcan 20-20, Avrupa’daki ELI, Çin’deki SHINE ve SEL, ve ABD’deki OPAL üzere sistemler, bu tıp ender kuantum tesirlerini gözlemlemek için gereken gücü sağlıyor.
Simülasyonlarının doğruluğunu artırmak için araştırmacılar, Heisenberg-Euler Lagrange’ı temel alan yarı klasik bir sayısal çözücü kullanarak daha hassas bilgiler elde ettiler. Bu sayede, ışığın güçlü elektromanyetik alanlardan geçerken nasıl bir bölünme yahut kayma gösterdiği üzere kıymetli bir kuantum vakum tesirini modellemeyi başardılar. Ayrıyeten, bu sonuçları mevcut teorik kestirimlerle karşılaştırarak doğrulama yapmaları da mümkün oldu.
Simülasyonun sonuçları
Araştırmada hem düzlem dalga hem de Gauss lazer darbeleri test edildi. Elde edilen sonuçların mevcut teorilerle uyumlu olduğu gözlendi. Dört dalga karıştırma fenomeninde, üç Gauss lazer ışını kullanılarak dördüncü ışının vakit içindeki oluşumu incelendi. Bu simülasyon, lazer ışınının kusursuz bir formda şekillenmediğini, biraz astigmatizma gösterdiğini ve etkileşimin ne kadar sürdüğünü net bir biçimde gözler önüne serdi.
Zixin Zhang, Oxford’da doktora öğrencisi olarak bu çalışmanın baş yazarıydı. Zhang, “Yaptığımız simülasyon, kuantum vakumu etkileşimlerinin daha evvel mümkün olmayan bir biçimde, 3D vakit çözünürlüklü bir biçimde incelenmesine imkan tanıyor. Üç ışınlı saçılma deneylerini modelleyerek, etkileşim bölgesinin büyüklüğünü ve kıymetli vakit ölçeklerini çok daha detaylı bir formda gözlemleyebildik” dedi.
Son olarak, bu yeni simülasyon aracının sırf lazer-madde etkileşimlerini daha âlâ anlamakla kalmayıp, tıpkı vakitte karanlık unsur üzere gizemli fenomenlerin araştırılmasında da kullanılabileceği söz ediliyor. Araştırmacılar, aksiyonlar ve milimetre yüklü parçacıklar üzere potansiyel yeni parçacıkların izlerini sürmek için bu simülasyonun yararlı olabileceğini belirtiyorlar.
