Físicos criam luz do nada – mas até agora apenas em um modelo

Uma equipe de cientistas da Universidade de Oxford e do Instituto Superior Técnico de Lisboa criou a simulação mais precisa de efeitos quânticos no vácuo. Pela primeira vez, eles conseguiram mostrar como a luz surge do nada. O modelo abre caminho para experimentos que podem confirmar uma teoria de longa data de que o vácuo não é um espaço vazio, mas uma fonte de partículas virtuais.

Fonte da imagem: Zixin (Lily) Zhang

De acordo com os conceitos modernos, todas as partículas elementares e todo o nosso mundo tangível e intangível são manifestações de campos quânticos. Em essência, todas as partículas no Universo são virtuais. Em particular, o vácuo gera constantemente pares elétron-pósitron que aparecem e desaparecem rápido demais para serem registrados por dispositivos modernos. Os cientistas só recentemente se aproximaram da criação de lasers com potência de 100 petawatts ou mais, capazes de influenciar o mundo em um nível tão fundamental que até mesmo o vácuo (campos quânticos) começará a reagir.

O trabalho de pesquisadores britânicos e portugueses ajudará a registrar experimentalmente esses fenômenos. O simulador foi capaz de reproduzir o efeito conhecido como mistura de quatro ondas no vácuo. A mistura de quatro ondas no vácuo (MVA) é um processo óptico não linear que ocorre no vácuo quando quatro ondas eletromagnéticas interagem no nível quântico. Ao contrário da MVA clássica, que geralmente ocorre em meios altamente não lineares, como cristais ou gases, a MVA no vácuo é causada por efeitos eletrodinâmicos quânticos (EDQ), como pares virtuais elétron-pósitron decorrentes do princípio da incerteza de Heisenberg.

O experimento de simulação baseou-se na reprodução do efeito de espalhamento fóton-fóton. Dois feixes de laser com potência de centenas de petawatts (mostrados em verde na ilustração) cruzaram-se em um ponto com um laser polarizador de menor potência (vermelho). Mais precisamente, esse laser polarizou o vácuo, criando condições para o espalhamento de fótons em partículas virtuais. Como resultado, surgiu um quarto feixe (violeta na ilustração), com características diferentes da radiação original – comprimento de onda e nível de energia. Ao mesmo tempo, foram observadas as leis de conservação de energia e momento.

O modelo apresentado proporcionou a primeira simulação com resolução temporal. Para montar um experimento em escala real, é necessário observar diversos parâmetros ultraprecisos – como orientação, foco e outras características dos feixes que se cruzam. O modelo mostrou exatamente como isso deve ser implementado e onde observar o resultado. Aqueles que desejam receber o Prêmio Nobel de Física podem se aprofundar no artigo sobre a simulação, publicado na revista Communications Physics.