💡 Licht aus dem Vakuum erzeugen – das ist möglich

Ein Team von Physikern hat gerade ein erstaunliches Quantenphänomen modelliert, bei dem Hochleistungslaser Licht aus dem Vakuum erzeugen. Diese Arbeit könnte bald experimentell bestätigt werden, dank einer neuen Generation von Laseranlagen.

Das Vakuum in der Quantenphysik ist niemals völlig inaktiv. Es ist Schauplatz ständiger Fluktuationen, bei denen virtuelle Teilchenpaare für einen Bruchteil einer Sekunde entstehen und wieder verschwinden. Forscher der Universität Oxford und des Instituto Superior Técnico in Lissabon haben simuliert, wie intensive Laserstrahlen dieses Vakuum stören und Licht erzeugen können.

Ein Quantenphänomen endlich visualisiert

Die Theorie sagte seit langem voraus, dass drei gekreuzte Laserstrahlen die virtuellen Teilchen des Vakuums polarisieren und einen vierten Strahl erzeugen können. Dieser Prozess, genannt Vier-Wellen-Mischen, wurde nun in 3D und in Echtzeit modelliert. Die Simulationen zeigen, wie Photonen unter dem Einfluss elektromagnetischer Felder interagieren, wie Billardkugeln.

Mit der Software OSIRIS konnten die Forscher bisher unzugängliche Details beobachten, wie den Einfluss der Laser-Asymmetrie oder die zeitliche Entwicklung der Wechselwirkungen. Diese Ergebnisse, veröffentlicht in Communications Physics, bieten eine solide Grundlage für zukünftige Experimente.

Die Simulationen zeigen auch subtile Effekte, wie die Doppelbrechung des Vakuums, bei der die Polarisation des Lichts durch extreme Magnetfelder verändert wird. Diese Vorhersagen könnten in den kommenden Jahren getestet werden.

Auf dem Weg zur experimentellen Bestätigung

Mehrere hochmoderne Laseranlagen, wie Vulcan 20-20 im Vereinigten Königreich oder die Extreme Light Infrastructure in Europa, erreichen nun die notwendigen Leistungen, um diese Phänomene zu beobachten. Diese Laser werden überprüfen, ob das Vakuum tatsächlich unter bestimmten Bedingungen Licht erzeugen kann.

Die von dem Team entwickelten Modelle dienen dazu, experimentelle Parameter zu optimieren, wie die Form der Laserpulse oder ihre Synchronisation. Diese Daten sind entscheidend, um schwache Signale zu erkennen, wie die Photon-Photon-Streuung, die noch nie direkt beobachtet wurde.

Über die Validierung der Quantentheorien hinaus könnten diese Arbeiten helfen, hypothetische Teilchen wie Axionen aufzuspüren, potenzielle Kandidaten für dunkle Materie. Die Simulationen eröffnen somit neue Wege zur Erforschung der Grundlagenphysik.