Alai

Britanniassa sijaitsevissa laserlaitteistoissa Imperialin fyysikot testaavat 84 vuotta vanhaa teoriaa, jota pidettiin aikoinaan mahdottomana todistaa.

Breit-Wheeler-prosessin teorian mukaan valon muuttaminen aineeksi pitäisi pystyä toteuttamaan lyömällä kaksi valohiukkasta (fotonia) yhteen niin, että syntyy elektroni ja positroni. Aiemmat yritykset tähän ovat kuitenkin edellyttäneet muiden suurienergisten hiukkasten lisäämistä.

Lontoolaisen Imperial Collegen fyysikot professori Steven Rosen johdolla keksivät vuonna 2014 teorian testaamiseksi tavan, joka ei nojaudu näihin lisättyihin lisähiukkasiin, ja tänään on meneillään koe, jossa toivotaan, että valosta saadaan ensimmäistä kertaa suoraan ainetta.

Professori Rose sanoi: ”Tämä olisi puhdas osoitus Einsteinin kuuluisasta yhtälöstä, joka yhdistää energian ja massan: E=mc2, joka kertoo, kuinka paljon energiaa syntyy, kun aine muutetaan energiaksi. Se, mitä me teemme, on sama, mutta päinvastoin: muutamme fotonien energian massaksi eli m=E/c2.”

Systeemissä on mukana kaksi suuritehoista lasersädettä, joiden avulla luodaan valon fotonit, jotka halutaan murskata yhteen. Toisen fotonin energia on noin 1000 kertaa suurempi kuin näkyvän valon tuottavien fotonien, ja toisen energia on 1 000 000 000 kertaa suurempi.

Lasersäteet kohdistetaan kahteen erilliseen pieneen kohteeseen kohdekammiossa, joka sisältää monimutkaista optiikkaa, jota käytetään lasersäteiden tarkentamiseen, ja magneetteja, joita käytetään varattujen hiukkasten poikkeuttamiseen. Ryhmä etsii törmäyksestä irtoavia varattuja positroneja vahvistaakseen, oliko prosessi onnistunut.

Tohtori Stuart Manglesin ja professori Rosen johtama ryhmä etsi sopivaa laserjärjestelmää eri puolilta maailmaa, mutta löysi sopivimman läheltä kotimaata: STFC:n Rutherford Appleton -laboratorion keskuslaserlaitteiston (Central Laser Facility, STFC:n Rutherford Appleton Laboratory’s Central Laser Facility, Oxfordin lähistöllä sijaitsevan Gemini-laserin.

Jos he onnistuvat, he havaitsevat positroneja, mutta heidän on tehtävä huolellinen analyysi tiedoista, ennen kuin voidaan vahvistaa, että nämä positronit ovat peräisin Breit-Wheeler-prosessista eivätkä muista taustaprosesseista, mikä todistaa, että valon muuttaminen aineeksi onnistuu.

Tohtori Mangles sanoi: ”Kun Gregory Breit ja John Wheeler ehdottivat mekanismia ensimmäisen kerran vuonna 1934, he käyttivät tuolloin uutta teoriaa valon ja aineen vuorovaikutuksesta, joka tunnetaan nimellä kvanttielektrodynamiikka (QED). Kaikki muut QED:n perustavanlaatuiset ennusteet on sittemmin osoitettu kokeellisesti, mutta ’kahden fotonin Breit-Wheeler-prosessia’ ei ole koskaan nähty.

”Jos pystymme osoittamaan sen nyt, luomme uudelleen prosessin, joka oli tärkeä maailmankaikkeuden ensimmäisten sadan sekunnin aikana ja jota nähdään myös gammasäteilypurkauksissa, jotka ovat maailmankaikkeuden suurimpia räjähdyksiä ja yksi fysiikan suurimmista ratkaisemattomista mysteereistä”.”

Ja osa ryhmän käyttämistä ilmaisimista on peräisin CERNistä, ja ryhmä toivoo voivansa käyttää koulujen opiskelijoiden verkostoa, joka auttaa heitä tietojen analysoinnissa Institute for Research in Schools -instituutin kautta, jonka yksi perustajista professori Rose oli.