看似空无一物的真空里,居然能“无中生有”造出光来。
最近牛津大学和葡萄牙里斯本大学高等技术研究所的联合团队,就用电脑模拟出了这科幻般的场景,还把研究成果发在了《通信物理学》上。
这可不是纸上谈兵,再过几年,全球的超强激光设施就能把这个理论变成现实。
咱们平时说的“真空”,在量子物理学家眼里根本不是“空的”。
牛津大学的博士生张子欣和团队通过模拟发现,当两束绿色的拍瓦激光和一束红色激光精准聚焦到同一个点时,神奇的事情发生了,焦点处居然冒出了第四束蓝色的激光。

这背后的原理说起来有点绕,但咱们可以通俗理解下。
真空里其实挤满了转瞬即逝的“虚拟粒子对”,就是电子和正电子一出现就马上湮灭,平时根本看不见。
可三束激光交汇产生的超强电磁场,能把这些“隐形粒子”给“揪”出来,让它们发生极化,就像把小磁针排成一队似的。
这些被激活的粒子会让激光的光子像台球一样碰撞散射,最后就生成了那束全新的蓝光,研究人员给这个过程起了个形象的名字,“黑暗之光”。
牛津大学的PeterNorreys教授说,这事儿可不只是满足好奇心,以前这种量子效应只存在于理论里,现在终于离实验验证不远了。
要知道,光子这东西平时根本不爱“打交道”,能让它们碰撞产生新光,简直是突破了量子物理的理论边界。
可能有人会问,这么玄乎的过程,是怎么观察到的?答案是靠一款超强的模拟软件,OSIRIS。
这本来是用来模拟激光和物质、等离子体相互作用的工具,团队给它做了升级,才终于能“看见”量子真空里的细微变化。
张子欣说,这个升级后的软件就像个“时间分辨的三维窗口”,以前没人能看清的量子真空相互作用,现在能看得明明白白。
模拟里不光有理想化的激光束,连实际实验中激光的形状、脉冲的timing甚至光束一点点的不对称,都考虑进去了。
要知道在高能实验里,差一点点就可能让信号被噪声盖过去,这些细节简直是实验成功的关键。
里斯本大学的LuisSilva教授,同时也是牛津的客座教授,对这个软件赞不绝口。
他说这套新方法能帮全球的科学家设计实验,超强激光、精密探测再加上数值建模,这三者结合起来,才算真正走进了激光和物质相互作用的新时代。
光靠模拟不够,真要在实验室里重现“黑暗之光”,还得靠硬家伙,超强激光。
巧的是,现在全球正好掀起了超强激光设施的建设热潮,给这个研究搭好了舞台。
咱们中国在浦东张江有个10拍瓦的超强超短激光实验装置(SULF),10拍瓦就是1亿亿瓦,相当于把10个太阳照到地球的总功率,压缩到头发丝那么细的地方发射出去。

更厉害的是,100拍瓦的装置也在建设中了。
除了中国,英国有Vulcan20-20激光器,欧洲在搞极端光基础设施,美国罗切斯特大学的OPAL双光束激光设施,更是直接把光子-光子散射实验列为了三大旗舰实验之一。
这些设施能创造出以前只有在核爆中心、恒星内部才有的极端条件。
有了它们,以前只能在理论里打转的“真空造光”,未来几年就能真真切切地实现。
到时候,爱因斯坦相对论和量子力学的那些奇特预言,就能得到实打实的验证。
如果说验证理论是“保底”,那这个研究更大的野心是找暗物质。
咱们宇宙里95%的物质都是暗物质,可它们和普通物质几乎不打交道,传统探测器根本抓不到。
但科学家怀疑,暗物质的候选者比如轴子,在超强电磁场里可能会留下痕迹。
这时候“真空造光”的技术就派上用场了。
通过精确控制激光的参数,再仔细测量散射出来的光,说不定就能捕捉到轴子留下的微弱信号。
要知道,中国科学技术大学的团队最近刚用量子技术把轴子的探测界限提升了50倍,而激光这种新方法,能探索大型粒子加速器够不着的能量区域,等于给暗物质探测开了个新窗口。
研究团队还打算用模拟探索更复杂的情况,比如奇怪的激光束结构、飞行聚焦脉冲这些高级玩法。
谁也说不准,说不定在这些探索里,还能发现全新的物理现象,让我们对宇宙的理解再上一个台阶。
从理论到模拟,再到未来的实验,这套“组合拳”正是现代物理学的发展方向。
要知道,搞一次超强激光实验成本极高,要是没模拟提前探路,盲目试错根本吃不消。
现在有了OSIRIS的精准模拟,科学家能先在电脑里把各种参数试个遍,找到最优方案再动手。
这样不仅能提高实验成功率,还能从每次实验里榨出最多的科学信息。
就像盖房子前先画好蓝图,避免了拆了又建的麻烦。
LuisSilva教授说得好,超强激光器、先进探测设备、尖端分析和数值建模的结合,是激光-物质相互作用新时代的基础。
未来,当全球的超强激光设施陆续启用,我们不仅能亲眼见证“真空造光”的奇迹,更有可能揭开暗物质的神秘面纱,甚至发现改写物理课本的新现象。

从真空里的虚拟粒子,到宇宙中的暗物质,三束激光架起了一座桥梁。
这场跨越牛津和里斯本的合作,不仅突破了理论边界,更给人类探索宇宙的工具箱里,添上了一件威力十足的新武器。
接下来,就等着实验物理学家们接棒,把这些科幻场景变成科学事实了。
更新时间:2025-10-25
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