量子模拟揭示：黑暗中如何迸发出惊人光芒

三束强激光的精确排列可以产生一种神秘的第四束光，这束光似乎是从黑暗中产生的。

听起来像是神秘力量在作祟的现象，已经通过模拟得到了证实，这种模拟展示了当超高电磁场相遇时可能出现的情况。

来自英国牛津大学和葡萄牙里斯本大学的研究团队使用半经典方程求解器，实时模拟三维量子现象，测试在空旷空间中极强激光脉冲结合时应该发生的现象。

“这可不仅仅是学术上的好奇心——这是朝着实验确认量子效应迈出的重要一步，而这些效应到目前为止大多还是理论上的，”牛津大学物理学家彼得·诺雷斯说。

激光技术 自从发明以来，激光技术已经取得了长足的进步，距今已有 半个多世纪。理论上，它们能够在瞬间聚焦千万亿瓦的能量，甚至可以从现实的本质中‘字面上’震动出物质。

我们所认为的空旷的空间在量子层面上，实际上是一个充满可能性的海洋。代表各种物理相互作用的场充满了我们所熟知的粒子的承诺，这些粒子是光的基础，也是物质的构建块。这些 虚拟粒子 本质上，它们在几分之一秒内就会出现和消失。

要使它们长期存在，只需一种合适的物理作用，防止它们互相抵消；比如，一系列强电磁场在适当的排列下可能提供这种作用。

为了确定激光的能量预测是否真的能够从无中产生某种东西，Norreys及其团队基于电磁场在真空中的数学原理运行了计算模型。

将数据输入他们的求解器后发现，混合三束强度合适的激光束及其电磁场可以产生一种极化水平，迫使虚光子在消失之前分开。被称为四波混合，散射的光子看起来像是第四束光。

这种光子-光子散射早就被认为是可能的，但在现实中观察它的尝试至今仍未成功。

“通过将我们的模型应用于三束散射实验，我们能够捕捉到全方位的量子特征，以及对相互作用区域和关键时间尺度的深入理解，” 研究的首席作者、牛津大学的物理学家张子欣说。

虽然现在的发现都是数值结果，但它们确实比以前的模型提供了更符合实际的预期描述。我们可能不需要等太久，就能对结果进行最终测试。

位于罗马尼亚的极端光基础设施目前拥有世界上最先进的高功率激光设施，已经在超短光脉冲中达到了约10拍瓦的平均功率。

与此同时，美国罗切斯特大学的 EP-OPAL 项目 正在研发两条 25 佩瓦特的光束，已经在计划进行光子-光子散射实验。中国的 上海高重复率 X 射线自由电子激光与极端光设施 也希望在今年打破记录，目标是利用其自由电子技术达到 100 佩瓦特。

希望只用光子来产生所需的电磁场，散射出的光不会被其他粒子的雾霭遮住，最终证明在物理学中从无到有是可能的。