Fizicienii teoretici de la Imperial College London au conceput experimentul care ar face posibil acest lucru.
Fizicienii teoretici de la Imperial College London au conceput un experiment, care folosește tehnologia existentă, pentru a transforma lumina în materie, prin coliziunea a doi fotoni. Posibilitatea a fost teoretizată în urmă cu 80 de ani, dar până acum nu a fost posibil să proiectăm un experiment care să o dovedească.
Fizicienii de la Imperial College London au descoperit cum să creeze materia din lumină: o realizare despre care se credea imposibilă când a fost teoretizată prima dată în urmă cu 80 de ani .
Într-o singură zi, după mai multe cafele, într-un mic birou al laboratorului de fizică Blackett, Imperial College, trei fizicieni au dezvoltat un mod relativ simplu de a testa fizic o teorie concepută inițial de oamenii de știință Breit și Wheeler, în 1934.
Breit și Wheeler au sugerat că ar trebui să fie posibilă transformarea luminii în materie prin ciocnirea a două particule de lumină (fotoni) și crearea unui electron și a unui pozitron: cea mai simplă metodă de transformare a luminii în materie prevăzută vreodată. Calculul s-a dovedit teoretic sensibil, dar Breit și Wheeler au spus că nu se așteaptă ca nimeni să își demonstreze fizic predicția. Nu a fost niciodată observat în laborator, iar experimentele anterioare pentru testarea acestuia au necesitat adăugarea de particule masive cu energie mare.
Posibil test practic
Noua cercetare, publicată în revista Nature Photonics, arată pentru prima dată modul în care teoria lui Breit și Wheeler ar putea fi dovedite în practică . Acest „colizor foton-foton”, care ar converti lumina direct în materie printr-o tehnologie care este deja disponibilă, ar fi un nou tip de experiment cu fizica energetică ridicată.
Acest experiment ar recrea un proces care a fost foarte important în primele 100 de secunde ale universului și care se vede și în exploziile cu raze gamma, care sunt cele mai mari explozii din univers și unul dintre cele mai mari mistere nesoluționate ale fizicii.
Oamenii de știință au investigat probleme legate de energia de fuziune care nu au legătură cu acest lucru, când au realizat că ceea ce lucrau se poate aplica teoriei Breit-Wheeler. Avansul a fost realizat în colaborare cu un fizician teoretic de la Institutul Max Planck pentru Fizică Nucleară, din Germania, care a fost în vizită la Imperial.
Demonstrarea teoriei Breit-Wheeler ar oferi bucata definitivă a unui puzzle de fizică care descrie cele mai simple moduri de interacțiune între lumină și materie. Celelalte șase piese ale acestui puzzle, inclusiv teoria Dirac din 1930 privind anihilarea electronilor și a pozitronilor și a lui Einstein din 1905 asupra efectului fotoelectric, sunt legate de cercetarea câștigătoare a Premiului Nobel.
Profesorul Steve Rose de la Departamentul de fizică din Imperial College explică în comunicatul de presă: „ În ciuda tuturor fizicienilor care au acceptat că teoria lui este adevărată, Breit și Wheeler au spus că nu se așteptau să fie demonstrat în laborator. Astăzi, aproape 80 de ani mai târziu, am demonstrat că au greșit. Ceea ce ne-a fost cel mai surprinzător a fost descoperirea modului în care putem crea materie direct din lumină folosind tehnologia pe care o avem astăzi în Regatul Unit. Deoarece suntem teoreticieni, vorbim cu oameni care ne pot folosi ideile pentru a realiza acest experiment istoric. ”
Articole conexe
Prima fotografie cu lumina care se comportă ca unda și corpuscul în același timp
Posibilă explicație asupra originii materiei în cosmos
O „aplicație” pentru Google Glass analizează sănătatea plantelor fără a le deteriora
Primesc fotoni întrețesutați în interiorul unui cip
Ei ajung să oprească lumina în aer
Un experiment în desfășurare
Experimentul de coliziune propus de oamenii de știință implică două etape principale. În primul rând, oamenii de știință ar folosi un laser extrem de puternic de mare intensitate pentru a accelera electronii chiar sub viteza luminii.
Apoi ar trage acești electroni pe o placă de aur pentru a crea un fascicul de fotoni de un miliard de ori mai energic decât lumina vizibilă.
Următoarea etapă a experimentului implică o mică capsulă de aur numită hohlraum („cameră goală” în germană). Oamenii de știință ar trage un laser cu energie mare pe suprafața interioară a acestui vas de aur, pentru a crea un câmp de radiații termice, care ar genera o lumină similară cu lumina emisă de stele.
Apoi, aceștia vor direcționa fasciculul foton al primei etape a experimentului prin centrul capsulei, făcând ca fotonii celor două surse să se ciocnească și să formeze electroni și pozitroni. Atunci ar fi posibilă detectarea formării electronilor și a pozitronilor la ieșirea din capsulă.
Investigatorul principal, Oliver Pike, care își completează în prezent doctoratul în fizică plasmatică, adaugă: „Deși teoria este conceptual simplu, a fost foarte dificil de verificat experimental. Am putut dezvolta foarte repede ideea pentru colizor, dar proiectarea experimentală pe care o propunem poate fi realizată cu o ușurință relativă și cu tehnologia existentă. ”
„Cu doar câteva ore gândindu-ne la aplicațiile de hohlraums în afara rolului lor tradițional în cercetarea energiei de fuziune, am fost uimiți să descoperim că acestea oferă condițiile perfecte pentru crearea unui colizor de fotoni. Cursa de desfășurare și de finalizare a experimentului este în curs! ”
Cercetarea a fost finanțată de Consiliul de Cercetare în Științe Fizice și Inginerie (EPSRC), Institutul John Adams pentru Știința Acceleratorului și Atomic Armament Establishment (AWE), toate în Regatul Unit, și au fost realizate în colaborare cu Max-Planck -Institut für Kernphysik, din Germania.
Referință bibliografică :
JO Pike, F. Mackenroth, EG Hill, SJ Rose. Un colon foton - foton într-un hohlraum vid. Nature Photonics (2014). DOI: 10.1038 / nphoton. 2014.95
Ei descoperă cum să creeze materia din lumină
