Zamienić światło w materię

Zamienić światło w materię

Fizycy z Imperial College w Londynie odkryli jak stworzyć materię ze światła. Pozwala to doświadczalnie sprawdzić teorię pierwszy raz zaproponowaną przez Breita i Wheelera w 1934 roku. Panowie Breit i Wheeler zasugerowali, że powinno to być możliwe poprzez zderzenie ze sobą dwóch fotonów, tak aby utworzyła się para elektron-pozyton. Ich obliczenia zostały sprawdzone i uznane za teoretycznie możliwe, ale naukowcom nie udało dożyć się czasów, w których ich teoria stała się rzeczywistością.

Nowe badania, opublikowane w Nature Photonics, pokazują po raz pierwszy, jak teoria Breita-Wheelera może być sprawdzona w praktyce. Zderzacz fotonów, który transformuje światło bezpośrednio w materię skorzysta z obecnie dostępnych technologii. Tego typu urządzenie pozwoli na przeprowadzanie nowego rodzaju eksperymentów fizyki wysokich energii, odtwarzając procesy, które zachodziły w pierwszych 100 sekundach istnienia wszechświata.

Trzej naukowcy badali niepowiązane ze sobą problemy z dziedziny energii termojądrowej, gdy zdali sobie sprawę, że to co opracowali mogłyby zostać zastosowane do teorii Breita-Wheelera. Przełom został osiągnięty we współpracy z fizykiem teoretycznym z Instytutu Maxa Plancka, który odwiedzał Imperial College.

W oświadczeniu, profesor Steve Rose z Wydziału Fizyki na Imperial College powiedział: „Mimo że ówcześni fizycy uznali teorię za prawdziwą, jednym głosem twierdzili, że nigdy nie uda się przeprowadzić eksperymentu ją potwierdzającego w warunkach laboratoryjnych."

„Dzisiaj, prawie 80 lat później, możemy udowodnić, że się mylili. Co było dla nas zaskakujące to fakt, że możemy stworzyć materię bezpośrednio ze światła przy użyciu technologii, które są dostępne w samej Wielkiej Brytanii. Teraz my jako teoretycy chcemy zaangażować naukowców i inwestorów, by pomogli nam skorzystać z naszych pomysłów i przeprowadzić ten przełomowy eksperyment."

Eksperyment z wykorzystaniem teoretycznego zderzacza fotonów obejmie dwa kluczowe etapy. Po pierwsze, naukowcy wykorzystają niezwykle potężny laser o dużej intensywności do przyspieszenia elektronów do granic prędkości światła. Następnie wystrzelą tak rozpędzone elektrony w kierunku płyty ze złota, tworząc tym samym wiązkę fotonów o energii miliard razy wyższej niż energia światła widzialnego.

Dalszy etap eksperymentu wykorzystuje małą puszkę ze złota, tzw. hohlraum. Naukowcy skierują na jej wewnętrzną powierzchnię wiązkę lasera o dużej energii, czego efektem będzie utworzenie pola promieniowania cieplnego, a następnie wygenerowanie światła analogicznego do tego emitowanego przez gwiazdy.

Następnie skierują wiązkę fotonów utworzoną w pierwszym etapie doświadczenia przez centrum puszki, przez co fotony z dwóch źródeł, zderzą się ze sobą, tworząc elektrony i pozytony. Będzie można je wykryć, gdy opuszczą przestrzeń puszki.

Główny zaangażowany badacz, Oliver Pike, który obecnie przygotowuje doktorat w dziedzinie fizyki plazmy, powiedział: „Mimo, że teoria sprzed 80 lat jest koncepcyjnie prosta, to była niezwykle trudna do sprawdzenia doświadczalnie. Opisany przeze mnie i kolegów eksperyment będzie mógł zostać przeprowadzony z łatwością w zgodzie z istniejącą już technologią."

(rr)