Hayley Dunning , Imperial College London
A brit lézerberendezésekben az Imperial fizikusai egy 84 éves elméletet tesztelnek, amelynek bizonyítását egykor lehetetlennek tartották.
A Breit-Wheeler-folyamat elmélete szerint a fényt anyaggá kellene változtatni úgy, hogy két fényrészecskét (fotont) összezúzunk, hogy egy elektron és egy pozitron keletkezzen. Az erre irányuló korábbi kísérletekhez azonban más nagyenergiájú részecskék hozzáadására volt szükség.
A londoni Imperial College fizikusai Steven Rose professzor vezetésével 2014-ben olyan módszert találtak ki az elmélet tesztelésére, amely nem támaszkodik ezekre a hozzáadott extrákra, és ma egy kísérletet hajtanak végre annak reményében, hogy a fényt első alkalommal közvetlenül anyaggá alakítják.
Rose professzor elmondta: “Ez egy tiszta demonstrációja lenne Einstein híres egyenletének, amely az energiát és a tömeget kapcsolja össze: E=mc2, ami megmondja, hogy mennyi energia keletkezik, amikor az anyag energiává alakul. Amit mi csinálunk, az ugyanez, csak fordítva: a fotonok energiáját tömeggé alakítjuk, azaz m=E/c2.”
A rendszerben két nagy teljesítményű lézersugarat használnak, amelyekkel az összezúzandó fényfotonokat hozzák létre. Az egyik foton energiája körülbelül 1000-szerese a látható fényt létrehozó fotonokénak, a másiké pedig 1.000.000.000-szerese.
A lézersugarakat két különálló apró célpontra fókuszálják egy célkamrában, amely a lézersugarak fókuszálására használt bonyolult optikát és a töltött részecskék eltérítésére használt mágneseket tartalmazza. Az ütközésből származó töltött pozitronokat fogja keresni a csapat, hogy megerősítse, sikeres volt-e a folyamat.
A Dr. Stuart Mangles és Rose professzor által vezetett csapat a világ minden táján kereste a megfelelő lézerrendszert, de a legmegfelelőbbet hazánkhoz közel találta meg: az STFC Rutherford Appleton Laboratory Oxford melletti központi lézerberendezésében található Gemini lézert.
Ha sikerrel járnak, pozitronokat fognak detektálni, de az adatok gondos elemzését kell elvégezniük, mielőtt megerősítik, hogy ezek a pozitronok a Breit-Wheeler-folyamatból származnak, és nem más háttérfolyamatokból, bizonyítva a fény anyaggá alakításának sikerét.
Dr. Mangles elmondta: “Amikor Gregory Breit és John Wheeler 1934-ben először javasolták a mechanizmust, a fény és az anyag közötti kölcsönhatás akkoriban új elméletét, a kvantum elektrodinamikát (QED) használták. Míg a QED minden más alapvető jóslatát azóta kísérletileg bizonyították, a “kétfotonos Breit-Wheeler-folyamatot” még soha nem látták.
“Ha most be tudjuk bizonyítani, akkor egy olyan folyamatot hozunk létre újra, amely fontos volt a világegyetem első 100 másodpercében, és amely a gammakitörésekben is megfigyelhető, amelyek a világegyetem legnagyobb robbanásai, és a fizika egyik legnagyobb megoldatlan rejtélye.”
A detektorok egy része, amelyeket a csapat használni fog, a CERN-től származik, és a csapat reméli, hogy egy iskolai diákhálózat segítségével elemezhetik az adatokat az Institute for Research in Schools (Iskolai Kutatóintézet) segítségével, amelynek Rose professzor volt az egyik alapítója.
Provided by Imperial College London