量子電磁力学が予言してきた「光が無から現れる」現象は確認できるのか？

答えを得るため研究チームは最新の計算物理モデルを駆使し、コンピュータ上でこの現象のバーチャル実験を行いました。

用いたのはプラズマ物理シミュレーションで定評のある「OSIRIS」というソフトウェアを改良したものになります。

現代物理のシミュレーションはバカにできない

「シミュレーション」と聞くと、ゲームのような〝仮想映像〟を思い浮かべて半信半疑になるかもしれません。けれど今回の研究で使われた OSIRIS というコードは、20 年以上にわたり世界中の実験現場で鍛え上げられてきた本格派です。例えるなら、最先端の気象モデルが明日の雨をかなりの精度で当てるのと同じで、OSIRIS は光と粒子の動きを支配する教科書どおりの方程式を、髪の毛の太さの何万分の一という細かさで計算し続けるスーパーコンピューター版の「物理予報士」と言えます。このコードは過去二十年以上、実際のレーザー実験で電子を加速したり核融合の燃料を圧縮したりする場面で先に結果を当て、そのあと本当に同じ数値が測定された例など驚異的な“的中率”の実績を積み重ねてきました。たとえばレーザー・ウェイクフィールド加速では、Nature に掲載された 100 MeV〜1 GeV 電子ビームの生成実験を事前に“そっくり再現”し、後に測定値と誤差範囲で合致したことが報告されています。こうした検証を重ねた OSIRIS は、LLNL のスーパーコンピューター「Sequoia」で 150 万コア規模にスケールし、実際の物理現象を分単位で追いかける性能と信頼性を示しました。つまり今回の真空シミュレーションは、現実を後追いする映像ではなく、これまで実験で確かめられた理論と同じ方程式を“未来の条件”に適用しているに過ぎません。風洞試験の代わりに数値流体力学を使って航空機を設計するのと同じように、OSIRIS の計算は「まだ誰もやっていない実験」を安全に先取りし、装置の配置やレーザーのエネルギーをミリ単位・フェムト秒単位で事前に最適化する信頼できる羅針盤になっているのです。