اتخذ علماء الفيزياء من جامعة لومونوسوف موسكو الحكومية ومعهد الأبحاث النووية خطوة تجريبية مهمة في العمل على نظرية طرحها علماء ألمان منذ 85 عامًا. في الوقت نفسه ، أكدوا نتيجة عمل الزملاء السويديين منذ 20 عامًا.
وفقًا للديناميكا الكهربائية الكلاسيكية ، وهي نظرية صاغها جيمس ماكسويل في القرن التاسع عشر بناءً على تعميم البيانات التجريبية ، فإن أشعة الضوء في الفراغ لا تتفاعل مع بعضها البعض. أي أن شعاعين ضوئيين ، متقاطعين ، لا ينحرفان عن بعضهما ولا يتشتتان ، مما يؤدي إلى ظهور إشعاع كهرومغناطيسي من ترددات أخرى. ولكن ماذا يحدث إذا أخذنا في الاعتبار التصحيحات الكمومية الناتجة عن تفاعل الضوء مع الإلكترونات الافتراضية؟
تم النظر في التعديلات في عام 1936 من قبل الحائز على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1932 ، فيرنر هايزنبرغ ، وتلميذه هانز أويلر (توفي في 23 يونيو 1941 ، أثناء مشاركته في رحلة استطلاعية فوق بحر آزوف). لقد وصفوا التفاعل غير الخطي لأربعة فوتونات ناتج عن التصحيحات الكمومية ، والتي غالبًا ما تسمى الفراغ اللاخطي. هذا التفاعل ضئيل للغاية ، ومستوى التكنولوجيا فقط في العقد الماضي اقترب من إمكانية التحقق التجريبي منها. ما هي التأثيرات التي تظهر في مثل هذه النظرية اللاخطية ، والتي يمكن أن يحاول المرء اختبارها بمساعدة؟
العلماء لديهم دليل جيد للإجابة على هذا السؤال. تظهر نظرية غير خطية مماثلة عند وصف انتشار الضوء في المادة ، فيما يسمى البلورات اللاخطية. أحد التأثيرات المميزة هنا هو التوليد التوافقي الثاني. أي أن شعاع الليزر (الأحمر) ، الذي يمر عبر هذه البلورة ، يؤدي إلى شعاع ضعيف ذي تردد مضاعف (بالقرب من الأشعة فوق البنفسجية). هذا تأثير معروف على نطاق واسع في البصريات الكريستالية ، والتي تم اكتشافها تجريبياً في وقت مبكر من الستينيات.
يمكن توقع التأثير نفسه لميلاد توافقي أعلى (فقط الثالث ، أي موجة ذات تردد مضاعف ثلاث مرات) ، ولكن أضعف بكثير ، بسذاجة في غياب أي بلورة - بسبب عدم خطية الفراغ. تم اقتراح هذا التأثير في عام 2001 من قبل ثلاثة علماء سويديين: جيرت برودين وماتياس ماركلوند ولينارت ستينفلو ، باستخدام مرنان تردد لاسلكي فائق التوصيل.
ما مدى جودة هذه الرنانات؟ مع توهينها الصغير المتلاشي - قبل أن تقل سعة الموجة الكهرومغناطيسية بداخلها بمقدار النصف ، ستنعكس الموجة من جدران هذا الرنان أكثر من 10 مليارات مرة! يمكن اكتشاف توافقي ثالث ضعيف للغاية في مثل هذا الرنان قبل أن يتحلل.
في عام 2004 ، أظهر Brodin وزملاؤه ، بعد أن حلوا المعادلات غير الخطية المقابلة في حالة معينة ، أنه عندما يتم إثارة وضعين محددين من الترددات المختلفة w1 و w2 ، فمن الممكن اختيار معلمات الرنان بحيث ، بسبب اللاخطية لـ الفراغ ، وهو وضع بتردد (2w1 - W2). لكنهم لم يعطوا إجابة عما سيحدث بتردد مماثل بعلامة زائد وبالتردد التوافقي الثالث (3w1).
تم حل المشكلة من قبل علماء الفيزياء من جامعة موسكو الحكومية. لومونوسوف ومعهد البحوث النووية (INR) RAS Ilya Kopchinsky و Petr Satunin في عمل حديث نُشر في يناير 2022 في المجلة الدولية Physical Review A وتم تمييزه كخيار محرر. تم دعم العمل من قبل مؤسسة العلوم الروسية بموجب منحة 21-72-10151.
كتب Kopchinsky و Satunin معادلات غير خطية ، يجب أن تصف حلولها الإنتاج الرنان لأنماط الإشارة لتردد جديد ، وصاغت معيارين لوجود محلول طنين في شكل عام ، وحل هذه المعادلات بشكل تحليلي لوضعين كهرومغناطيسيين تعسفيين يتم وضعها في مرنان أحادي البعد - "قطعة" ، وفي مرنان واقعي على شكل مكعب مع نسبة أبعاد عشوائية. للعثور على حلول تحليلية مرهقة للغاية بشكل عام ، استخدم العلماء نظام الجبر الحاسوبي مفتوح المصدر Maxima.
"بشكل غير متوقع بالنسبة لنا ، اتضح أن الفكرة الساذجة التي بدأ بها كل شيء - توليد توافقي بتردد ثلاثي عن طريق القياس مع بلورة غير خطية - لم تتحقق في الواقع. لم يتم استيفاء شروط الرنين في هذه الحالة بسبب طبيعة ناقلات المجال الكهرومغناطيسي. لا يوجد صدى أيضًا لوضع الدمج مع علامة الجمع ، التردد 2w1 + w2 ، "تعليقات Petr Satunin.
اتضح أن الرنين لا يمكن أن يحدث إلا عندما يتم إنشاء التردد 2w1 - w2 عند نسبة أبعاد معينة للرنان ، أي فقط في الحالة التي نظر فيها برودين وزملاؤه. وهكذا تم تأكيد نتائجهم من قبل الفيزيائيين الروس.
يمكن أن نأمل أن يتم إنشاء إعداد مماثل في المستقبل القريب للبحث عن اللاخطية للفراغ ، وسيتم أخيرًا التحقق تجريبيًا من تنبؤات أويلر وهايزنبرغ ، التي تم إجراؤها منذ أكثر من 80 عامًا.
أو دحضه مما قد يؤدي إلى اكتشافات في الفيزياء الجديدة.
bbabo.Net