Ciência, Efeitos do Vácuo Quântico: Primeiras Simulações Tridimensionais

Foram criadas as primeiras simulações tridimensionais em tempo real de como feixes de laser intensos podem alterar o vácuo quântico, um estado que a física quântica descreve como povoado por pares virtuais de elétrons e pósitrons. O estudo foi conduzido por uma equipe de pesquisa liderada pela doutoranda Zixin (Lily) Zhang , do Departamento de Física da Universidade de Oxford, em colaboração com Luis Silva, do Instituto Superior Técnico da Universidade de Lisboa , que também é professor visitante em Oxford. Os resultados da pesquisa foram publicados na revista Communications Physics.

Utilizando modelos computacionais avançados com o software OSIRIS , a equipe de pesquisa recriou o fenômeno da mistura de quatro ondas no vácuo, no qual três pulsos de laser focalizados polarizam esses pares virtuais, refletindo os fótons uns nos outros e gerando um quarto feixe de laser com características únicas de direção e cor. Esse processo é descrito como "luz da escuridão" e representa um efeito quântico que até agora só havia sido observado teoricamente.

As simulações fornecem insights importantes sobre o design de experimentos com laser ultrapotentes, como os que serão lançados em breve em instalações internacionais de ponta, como o Vulcan 20-20 no Reino Unido, a Extreme Light Infrastructure na Europa e as instalações SEL e SHINE na China, que poderiam confirmar experimentalmente o espalhamento fóton-fóton em laboratório, um fenômeno quântico extremamente raro e difícil de observar. O primeiro autor, Zixin Zhang, destaca como o modelo captura toda a gama de assinaturas quânticas e analisa as regiões de interação e escalas de tempo envolvidas em detalhes, abrindo caminho para cenários mais complexos e novas configurações de feixe de laser. Peter Norreys, da Universidade de Oxford, destaca a importância deste trabalho como um passo crucial para a confirmação experimental de efeitos quânticos até então teóricos. Silva acrescenta que o método computacional desenvolvido facilitará o design de experimentos com laser de alta energia e poderá ajudar na busca por partículas hipotéticas, como axônios e partículas milicarregadas, potenciais candidatas à matéria escura. Em resumo, este estudo representa um avanço significativo na física fundamental, combinando modelagem numérica de ponta com a perspectiva de verificação experimental iminente graças a novas infraestruturas de laser ultrapoderosas.