von Hayley Dunning , Imperial College London
In Laseranlagen im Vereinigten Königreich testen Imperial-Physiker eine 84 Jahre alte Theorie, die einst als nicht beweisbar galt.
Die Theorie des Breit-Wheeler-Prozesses besagt, dass es möglich sein sollte, Licht in Materie umzuwandeln, indem zwei Lichtteilchen (Photonen) zusammengeschlagen werden, um ein Elektron und ein Positron zu erzeugen. Bisherige Versuche, dies zu erreichen, erforderten jedoch die Hinzufügung anderer hochenergetischer Teilchen.
Physiker des Imperial College London unter der Leitung von Professor Steven Rose haben 2014 einen Weg gefunden, die Theorie zu testen, der ohne diese zusätzlichen Teilchen auskommt, und heute läuft ein Experiment, in der Hoffnung, Licht zum ersten Mal direkt in Materie zu verwandeln.
Professor Rose sagte: „Dies wäre eine reine Demonstration von Einsteins berühmter Gleichung, die Energie und Masse in Beziehung setzt: E=mc2, die uns sagt, wie viel Energie erzeugt wird, wenn Materie in Energie umgewandelt wird. Was wir tun, ist dasselbe, nur umgekehrt: Wir verwandeln die Energie der Photonen in Masse, d.h. m=E/c2.“
Das System besteht aus zwei Hochleistungslaserstrahlen, mit denen die Photonen des Lichts erzeugt werden, die zusammengeschlagen werden sollen. Eines der Photonen hat etwa die 1000-fache Energie der Photonen, die sichtbares Licht erzeugen, das andere die 1.000.000.000-fache Energie.
Die Laserstrahlen werden auf zwei separate winzige Ziele in einer Zielkammer fokussiert, die eine komplexe Optik zur Fokussierung der Laserstrahlen und Magnete zur Ablenkung der geladenen Teilchen enthält. Das Team unter der Leitung von Dr. Stuart Mangles und Professor Rose hat sich auf der ganzen Welt nach einem geeigneten Lasersystem umgesehen, fand aber das am besten geeignete in der Nähe seines Heimatlandes: den Gemini-Laser in der Central Laser Facility des STFC Rutherford Appleton Laboratory bei Oxford.
Wenn sie erfolgreich sind, werden sie Positronen nachweisen, aber sie werden eine sorgfältige Analyse der Daten vornehmen müssen, bevor diese Positronen als vom Breit-Wheeler-Prozess und nicht von anderen Hintergrundprozessen stammend bestätigt werden können, was den Erfolg der Umwandlung von Licht in Materie beweist.
Dr Mangles sagte: „Als Gregory Breit und John Wheeler den Mechanismus 1934 erstmals vorschlugen, verwendeten sie die damals neue Theorie der Wechselwirkung zwischen Licht und Materie, die als Quantenelektrodynamik (QED) bekannt ist. Während alle anderen grundlegenden Vorhersagen der QED seither experimentell nachgewiesen wurden, wurde der „Zwei-Photonen-Breit-Wheeler-Prozess“ noch nie gesehen.
„Wenn wir ihn jetzt nachweisen können, würden wir einen Prozess wiederherstellen, der in den ersten 100 Sekunden des Universums wichtig war und der auch in Gammastrahlenausbrüchen zu sehen ist, die die größten Explosionen im Universum und eines der größten ungelösten Rätsel der Physik darstellen.“
Ein Teil der Detektoren, die das Team verwenden wird, stammt vom CERN, und das Team hofft, ein Netzwerk von Schülern nutzen zu können, um ihnen bei der Analyse der Daten durch das Institut für Forschung in Schulen zu helfen, zu dessen Gründern Professor Rose gehörte.
Zur Verfügung gestellt vom Imperial College London