Физиците разбраха как можем да направим антиматерия от светлина

Изображение, показващо противоположно разпространяващи се лазери с висок интензитет, произвеждащи гама лъчение. (Тонтиан взема)

Ново проучване на учени показа как изследователите могат да създадат ускоряваща се струя от антиматерия от светлина.

Екип от физици показа, че лазерите с висок интензитет могат да се използват за генериране на сблъскващи се гама фотони – най-енергичните дължини на вълната на светлината – за производството на двойки електрон-позитрон. Това, казват те, може да ни помогне да разберем средата около някои от най-екстремните обекти във Вселената: неутронни звезди.

Процесът на създаване на двойка частици материя-антиматерия – електрон и позитрон – от фотони се нарича Процес на Breit-Wheeler и е изключително трудно да се постигне експериментално.

Вероятността това да се случи при сблъсък на два фотона е много малка. Имате нужда от много високоенергийни фотони или гама лъчи, и то много от тях, за да увеличите максимално шансовете за наблюдение.

Все още нямаме способността да изградим a гама-лазер , така че фотон-фотонният процес на Breit-Wheeler в момента остава експериментално непостигнат. Но екип от физици, ръководен от Ютонг Хе от Калифорнийския университет в Сан Диего (UC San Diego), предложи ново решение, което според техните симулации може действително да работи.

Състои се от пластмасов блок, издълбан с шарка от пресичащи се канали върху микрометровата скала. Два мощни лазера, по един от двете страни на блока, изстрелват силни импулси към тази цел.

'Когато лазерните импулси проникнат в пробата, всеки от тях ускорява облак от изключително бързи електрони,' каза физикът Тома Тончиан от изследователската лаборатория Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf в Германия.

„След това тези два електронни облака се състезават един към друг с пълна сила, взаимодействайки с лазера, разпространяващ се в противоположната посока.“

Полученият сблъсък е толкова енергичен, че произвежда облак от гама фотони. Тези гама фотони трябва да се сблъскат един с друг, за да произведат двойки електрон-позитрон, казаха изследователите, в съответствие с теорията на Айнщайн за обща теория на относителността .

Още по-вълнуващо е, че този процес трябва да генерира мощни магнитни полета, които колимирам позитроните (а не електроните) в силно ускорени лъчи с форма на струя. На разстояние от само 50 микрометра, установиха изследователите, ускорението трябва да увеличи енергията на частиците до един гигаелектронволт.

Използвайки сложна компютърна симулация, изследователите тестваха своя модел и установиха, че той трябва да работи, дори когато се използват по-малко мощни лазери от предишните предложения.

Колимирането и ускоряването на позитронния лъч не само би подобрило скоростта на откриване на частиците, но има силно сходство с мощните колимирани струи частици, излъчвани от силно магнитни, бързо въртящи се неутронни звезди, известни като пулсари .

Учените смятат, че процесите, протичащи близо до тези звезди, могат да доведат до облаци от гама радиация, подобно на предложения от тях експеримент.

'Такива процеси вероятно ще се случат, наред с други, в магнитосферата на пулсарите,' каза физикът Алексей Арефиев от UC San Diego.

„С нашата нова концепция такива явления могат да бъдат симулирани в лабораторията, поне до известна степен, което след това ще ни позволи да ги разберем по-добре.“

Предварителни тестове в Европейски XFEL Рентгеновото лазерно съоръжение трябва да разкрие дали се генерира или не магнитно поле, както е предвидено от симулациите.

В крайна сметка екипът се надява, че техният експеримент може да бъде извършен в наскоро отворения и много напреднал Екстремна лека инфраструктура Ядрена физика съоръжение в Румъния, което разполага с два мощни лазера с къс импулс и гама-лъчи .

Статията е публикувана в Физика на комуникациите .

За Нас

Публикуването На Независими, Доказани Факти От Доклади За Здравето, Пространството, Природата, Технологиите И Околната Среда.