Převratný objev: V laboratoři vzniklo nejsilnější světlo, které odhalí základy kvantové fyziky

Mezinárodní tým vědců demonstroval novou metodu, která umožňuje v laboratoři generovat nejsilnější světlo, jaké kdy bylo vytvořeno.

Mezinárodní tým vědců demonstroval novou metodu, která umožňuje v laboratoři generovat nejsilnější světlo, jaké kdy bylo vytvořeno. Tento průlom otevírá praktickou cestu ke zkoumání kvantové elektrodynamiky (QED), což je základní studie interakce světla a hmoty na nejzákladnější úrovni.

Výzkumníci z Oxfordské univerzity, Queen’s University Belfast a jejich globální partneři využili laser Gemini k „stlačení“ světla pomocí oblaků nabitých částic zvaných plazma. Tento vývoj může vést k pokročilejším experimentům, které budou testovat základní zákony fyziky tím, že donutí světlo přímo kolidovat s kvantovým vakuem. Dr. Robin Timmis, hlavní autor z Katedry fyziky Oxfordské univerzity, uvedl, že dosavadní objevy jsou fascinující a že se teprve začíná chápat bohatá a komplexní fyzika tohoto mechanismu. Simulace naznačují, že se podařilo vytvořit nejintenzivnější zdroj koherentního světla v historii.

Objev spočívá ve dvou sofistikovaných technikách: relativistické harmonické generaci a koherentním harmonickém zaostření. Pomocí laseru Gemini, který vysílá intenzivní pulzy do plazmového zrcadla pohybujícího se relativistickými rychlostmi, vědci úspěšně demonstrovali relativistickou harmonickou generaci. Protože se toto zrcadlo pohybuje relativistickými rychlostmi směrem ke zdroji světla, odražené světlo je stlačeno a zesíleno na mnohem vyšší energie, podobně jako u Dopplerova jevu. Následně tým soustředil tyto světelné vlny prostřednictvím koherentního harmonického zaostření. Stejně jako lupa soustředí sluneční světlo k zapálení papíru, tato technika koncentruje více vlnových délek vysokoenergetického světla do jediného mikroskopického bodu. To funguje jako „kvantová lupa“, vytvářející bezprecedentní koncentraci energie.

Tento průlom poskytuje praktický nástroj pro přímé zkoumání kvantové elektrodynamiky a pozorování základních, extrémních interakcí mezi světlem a kvantovým vakuem. Důležitost spočívá v tom, že po desetiletí vyžadovalo zkoumání hlubokých zákonů kvantové elektrodynamiky srážení částicových paprsků s lasery – proces, který byl složitý a nepřehledný. Nová metoda integruje celou interakci do samotného laserového systému, což eliminuje potřebu složitých matematických konverzí a konečně překlenuje dvacetiletou mezeru mezi teoretickými předpověďmi a experimentálními výsledky. Výsledkem je mnohem jasnější a efektivnější přístup, který zjednodušuje studium nejextrémnějších zákonů vesmíru.

Výzkum, který probíhal v letech 2024 a 2025, byl globálním úsilím expertů na fyziku vysokých polí z britské AWE plc, University of Michigan a německé University of Jena. Projekt vycházel z doktorské práce Dr. Robin Timmis, jejíž výzkum byl podpořen Oxford Center for High Energy Density Science a Oxford-Berman-Physics Scholarship. Profesor Brendan Dromey z Queen’s University Belfast, spoluautor studie, zdůraznil, že tato práce je kombinací laserové technologie, fyziky plazmatu a ultrarychlé materiálové vědy, jemně vyladěné k vyřešení přetrvávajícího nesouladu mezi teorií a experimentem, který trápil obor více než dvě desetiletí. Jedná se o praktický pokrok, který by mohl umožnit testování fyzikálních zákonů za podmínek, které byly dříve považovány za nereplikovatelné v laboratoři. Výsledky byly publikovány v časopise Nature 22. dubna.