Materia ze światła

Fizycy z Imperial College London twierdzą, że wiedzą jak stworzyć materię ze światła. Ich prace dowodzą, że już obecnie istnieje technologia, która pozwala na praktyczną realizację procesu Breita-Wheelera.

W 1934 roku Gregory Breit i John A. Wheeler zasugerowali, że wystarczy zderzyć ze sobą dwa fotony, by powstały elektron i pozyton. To najprostszy sposób na stworzenie materii ze światła. Obliczenia Breita i Wheelera są prawidłowe, jednak nawet ich autorzy twierdzili, że nie spodziewają się, by ktokolwiek w praktyce uzyskał w ten sposób materię ze światła.

Teraz w Nature Photonics ukazał się artykuł, którego autorzy opisują eksperyment prowadzący do realizacji postulatu Breita-Wheelera. Ich zdaniem urządzenie zderzające fotony można już obecnie zbudować. Niewykluczone, że jeśli ono powstanie uda się odtworzyć procesy, które zachodziły w pierwszych 100 sekundach istnienia wszechświata oraz zbadać rozbłyski gamma, należące do najbardziej energetycznych wydarzeń w kosmosie.

Eksperci z Imperial College pracowali przy eksperymencie związanym z fuzją jądrową, gdy nagle zdali sobie sprawę, że problem, który próbują rozwiązać, można odnieść do teorii Breita-Wheelera. Spostrzeżenia takiego dokonano we współpracy z fizykiem z Instytutu Fizyki Jądrowej im. Maksa Plancka, który akurat wizytował ICL.

Realizacja procesu Breita-Wheelera byłaby siódmym rodzajem interakcji światła i materii. Sześć poprzednich to m.in. zjawisko Comptona, promieniowanie hamowania czy efekt fotoelektryczny.

Pomimo tego, że wszyscy fizycy zgodzili się, że teoria Breita-Wheelera jest prawdziwa, to uznali, iż nie jest możliwe by zjawisko to zaobserwować w laboratorium. Teraz, niemal 80 lat później, dowiedliśmy, że się mylili. Najbardziej zaskoczył nas fakt, że eksperyment pozwalający na stworzenie materii ze światła można przeprowadzić za pomocą technologii, która jest obecnie dostępna w Wielkiej Brytanii. Jako teoretycy zwracamy się teraz z apelem do tych, którzy mogą nasze pomysły przekuć w prawdziwy eksperyment - mówi profesor Steve Rose z Imperial College London.

Z prac grupy Rose'a wynika, że wspomniany eksperyment będzie wymagał użycia niezwykle intensywnego światła laserowego do rozpędzenia elektronów do prędkości bliskiej prędkości światła. Elektrony te należy następnie skierować na złotą płytkę, przez co dojdzie do emisji fotonów. Będzie ona miliard razy bardziej intensywna niż emisja światła widzialnego. W drugim etapie eksperymentu należy wykorzystać niewielki pusty w środku złoty cylinder (hohlraum). Po skierowaniu wysokoenergetycznego światła laserowego na powierzchnię cylindra pojawi się promieniowanie cieplne i wyemitowane zostanie bardzo intensywne światło. Następnie należy skierować światło, o którym mowa w pierwszej części eksperymentu, do wnętrza cylindra, gdzie zderzy się ze światłem wygenerowanym przez promieniowanie cieplne. Dojdzie wówczas do powstania elektronów i pozytonów, które można będzie wykryć gdy opuszczą cylinder.

Przez kilka godzin zastanawialiśmy się, jak można wykorzystać złoty cylinder (hohlraum) poza ich tradycyjną rolą w badaniach nad fuzją jądrową i odkryliśmy, że takie urządzenie może być idealnym zderzaczem fotonów. Tym samym rozpoczął się wyścig na drodze ku stworzeniu takiego zderzacza - ekscytuje się doktorant Oliver Pike.

materia światło foton elektron pozyton hohlraum proces Breita-Wheelera