af Hayley Dunning , Imperial College London
I laserfaciliteter i Storbritannien tester Imperial-fysikere en 84 år gammel teori, som man engang troede var umulig at bevise.
Theorien om Breit-Wheeler-processen siger, at det skulle være muligt at omdanne lys til stof ved at smadre to lyspartikler (fotoner) sammen for at skabe en elektron og en positron. Tidligere forsøg på at gøre dette har imidlertid krævet tilføjelse af andre højenergipartikler.
Fysikere fra Imperial College London under ledelse af professor Steven Rose fandt i 2014 en måde at afprøve teorien på, som ikke var afhængig af disse tilføjede ekstrapartikler, og i dag kører et eksperiment i håb om, at man for første gang kan forvandle lys direkte til stof.
Professor Rose sagde: “Dette ville være en ren demonstration af Einsteins berømte ligning, der forbinder energi og masse: E=mc2, som fortæller os, hvor meget energi der produceres, når stof omdannes til energi. Det, vi gør, er det samme, men baglæns: vi omdanner fotonenergi til masse, dvs. m=E/c2.”
Systemet omfatter to højtydende laserstråler, som bruges til at skabe de fotoner af lys, der skal smadres sammen. Den ene foton har ca. 1.000 gange så meget energi som de fotoner, der producerer synligt lys, og den anden har 1.000.000.000.000 gange så meget energi.
Laserstrålerne fokuseres på to separate små mål inde i et målkammer, som indeholder en kompleks optik, der bruges til at fokusere laserstrålerne, og magneter, der bruges til at afbøje de ladede partikler. Det er de ladede positroner, der kommer fra kollisionen, som holdet vil kigge efter for at bekræfte, om processen var en succes.
Holdet, der ledes af Dr. Stuart Mangles og professor Rose, søgte verden rundt efter et egnet lasersystem, men fandt det bedst egnede tæt på hjemmet: Gemini-laseren på STFC Rutherford Appleton Laboratory’s Central Laser Facility i nærheden af Oxford.
Hvis det lykkes dem, vil de opdage positroner, men de skal foretage en omhyggelig analyse af dataene, før de kan bekræfte, at disse positroner stammer fra Breit-Wheeler-processen og ikke fra andre baggrundsprocesser, hvilket beviser, at det lykkes at omdanne lys til stof.
Dr. Mangles sagde: “Da Gregory Breit og John Wheeler først foreslog mekanismen i 1934, brugte de den dengang nye teori om vekselvirkningen mellem lys og stof, kendt som kvanteelektrodynamik (QED). Mens alle andre grundlæggende forudsigelser i QED siden er blevet demonstreret eksperimentelt, er “Breit-Wheeler-processen med to fotoner” aldrig blevet set.
“Hvis vi kan demonstrere den nu, vil vi genskabe en proces, der var vigtig i de første 100 sekunder af universet, og som også ses i gammastråleudbrud, som er de største eksplosioner i universet og et af fysikkens største uløste mysterier.”
Nogle af de detektorer, som holdet vil bruge, kommer fra CERN, og holdet håber at kunne bruge et netværk af skoleelever til at hjælpe dem med at analysere dataene gennem Institute for Research in Schools, som professor Rose var en af grundlæggerne af.
Leveret af Imperial College London