por Hayley Dunning , Imperial College London
En las instalaciones de láser del Reino Unido, los físicos del Imperial ponen a prueba una teoría de hace 84 años que en su día se creyó imposible de demostrar.
La teoría del proceso Breit-Wheeler dice que debería ser posible convertir la luz en materia al chocar dos partículas de luz (fotones) para crear un electrón y un positrón. Sin embargo, los intentos anteriores de hacerlo han requerido la adición de otras partículas de alta energía.
Físicos del Imperial College de Londres, dirigidos por el profesor Steven Rose, idearon una forma de probar la teoría que no dependía de estos extras añadidos en 2014, y hoy se está ejecutando un experimento con la esperanza de convertir la luz directamente en materia por primera vez.
El profesor Rose dijo: «Esto sería una demostración pura de la famosa ecuación de Einstein que relaciona energía y masa: E=mc2, que nos dice cuánta energía se produce cuando la materia se convierte en energía. Lo que estamos haciendo es lo mismo pero al revés: convertir la energía de los fotones en masa, es decir, m=E/c2.»
El sistema implica dos rayos láser de alta potencia, que se están utilizando para crear los fotones de luz que se van a aplastar. Uno de los fotones tiene aproximadamente 1.000 veces la energía de los fotones que producen la luz visible, y el otro tiene 1.000.000.000 de veces la energía.
Los rayos láser se enfocan en dos objetivos diminutos separados dentro de una cámara de objetivos, que contiene una óptica compleja utilizada para enfocar los rayos láser y los imanes utilizados para desviar las partículas cargadas. Son los positrones cargados que salen de la colisión los que el equipo buscará para confirmar si el proceso ha sido un éxito.
El equipo, dirigido por el Dr. Stuart Mangles y el profesor Rose, buscó por todo el mundo un sistema láser adecuado, pero encontró el más adecuado cerca de casa: el láser Gemini en la Instalación Láser Central del Laboratorio Rutherford Appleton del STFC, cerca de Oxford.
Si tienen éxito, detectarán positrones, pero tendrán que llevar a cabo un cuidadoso análisis de los datos antes de poder confirmar que esos positrones se originan en el proceso Breit-Wheeler y no en otros procesos de fondo, lo que demuestra el éxito de convertir la luz en materia.
El Dr. Mangles dijo: «Cuando Gregory Breit y John Wheeler propusieron por primera vez el mecanismo en 1934, utilizaron la entonces nueva teoría de la interacción entre la luz y la materia conocida como electrodinámica cuántica (QED). Mientras que todas las demás predicciones fundamentales de la QED se han demostrado experimentalmente desde entonces, el «proceso de dos fotones de Breit-Wheeler» nunca se ha visto.
«Si podemos demostrarlo ahora, estaríamos recreando un proceso que fue importante en los primeros 100 segundos del universo y que también se ve en los estallidos de rayos gamma, que son las mayores explosiones del universo y uno de los mayores misterios sin resolver de la física.»
Algunos de los detectores que utilizará el equipo proceden del CERN, y el equipo espera utilizar una red de estudiantes de colegios para ayudarles a analizar los datos a través del Instituto de Investigación en los Colegios, del que el profesor Rose fue uno de los fundadores.
Proporcionado por el Imperial College London