by Hayley Dunning , Imperial College London
W zakładach laserowych w Wielkiej Brytanii fizycy z Imperialu testują 84-letnią teorię, którą kiedyś uważano za niemożliwą do udowodnienia.
Teoria procesu Breita-Wheelera mówi, że powinno być możliwe przekształcenie światła w materię poprzez zderzenie ze sobą dwóch cząstek światła (fotonów) w celu utworzenia elektronu i pozytonu. Jednak wcześniejsze próby zrobienia tego wymagały dodania innych wysokoenergetycznych cząstek.
Fizycy z Imperial College London, kierowani przez profesora Stevena Rose’a, wymyślili sposób testowania teorii, który nie polegał na tych dodanych dodatkach w 2014 roku, a dziś eksperyment działa w nadziei na przekształcenie światła bezpośrednio w materię po raz pierwszy.
Profesor Rose powiedział: „Byłaby to czysta demonstracja słynnego równania Einsteina, które odnosi się do energii i masy: E=mc2, które mówi nam, ile energii powstaje, gdy materia jest zamieniana w energię. To, co my robimy, to to samo, ale odwrotnie: zamieniamy energię fotonu w masę, czyli m=E/c2.”
System obejmuje dwie wiązki laserowe o dużej mocy, które są używane do tworzenia fotonów światła, które mają być rozbite razem. Jeden z fotonów ma około 1000 razy większą energię niż fotony wytwarzające światło widzialne, a drugi ma 1 000 000 000 razy większą energię.
Wiązki laserowe są zogniskowane na dwóch oddzielnych maleńkich celach wewnątrz komory docelowej, która zawiera złożoną optykę używaną do ogniskowania wiązek laserowych i magnesy używane do odchylania naładowanych cząstek. To właśnie naładowanych pozytonów pochodzących z kolizji zespół będzie szukał, aby potwierdzić, czy proces zakończył się sukcesem.
Zespół, kierowany przez dr Stuarta Manglesa i profesora Rose’a, szukał na całym świecie odpowiedniego systemu laserowego, ale znalazł najbardziej odpowiedni blisko domu: laser Gemini w Central Laser Facility STFC Rutherford Appleton Laboratory w pobliżu Oxfordu.
Jeśli im się powiedzie, wykryją pozytony, ale będą musieli podjąć staranną analizę danych, zanim te pozytony będą mogły być potwierdzone jako pochodzące z procesu Breita-Wheelera, a nie z innych procesów tła, dowodząc sukcesu przekształcania światła w materię.
Dr Mangles powiedział: „Kiedy Gregory Breit i John Wheeler po raz pierwszy zaproponowali ten mechanizm w 1934 roku, wykorzystali nową wówczas teorię oddziaływania między światłem a materią, znaną jako elektrodynamika kwantowa (QED). Podczas gdy każde inne fundamentalne przewidywanie QED zostało od tego czasu wykazane doświadczalnie, „dwufotonowy proces Breita-Wheelera” nigdy nie został zaobserwowany.
„Jeśli możemy zademonstrować go teraz, odtworzylibyśmy proces, który był ważny w pierwszych 100 sekundach wszechświata i który jest również widoczny w wybuchach promieni gamma, które są największymi eksplozjami we wszechświecie i jedną z największych nierozwiązanych zagadek fizyki.”
Niektóre z detektorów zespół będzie używać pochodzą z CERN, a zespół mają nadzieję wykorzystać sieć szkół studentów, aby pomóc im analizować dane poprzez Instytut Badań w Szkołach, z których profesor Rose był jednym z założycieli.
Dostarczone przez Imperial College London
.