Вченим вдалося отримати матерію з світла

Вченим з Імперського коледжу Лондона вдалося отримати матерію з світла

Ідею запропонували ще 80 років тому, проте підтвердити її дослідним шляхом до цього часу було неможливо. З сучасними підходами групі вчених знадобився день в маленькій лабораторії за чашкою кави, щоб знайти просте доказ цієї теорії, над якою в 1934 році працювали фізики Брейт і Уілер.

Брейт і Уілер знайшли найпростіший спосіб перетворення світла в матерію. Для цього потрібно зіштовхнути два фотони (частинки світла), за рахунок чого утворюються електрон і позитрон. Такий спосіб існував тільки на папері, а про випробування на практиці не було й мови. В лабораторіях такі досліди не проводилися, оскільки для цього необхідні масивні частинки з великим запасом енергії.

Науковий журнал Nature Photonics опублікував статтю про першому практичному випробуванні. У «фотонном колайдері» світло перетворюється в матерію за вже відомою технологією із застосуванням високої енергії. У рамках експерименту формуються умови, які існували через 100 секунд після появи Всесвіту. Ці умови також спостерігаються при вибуху гамма-частинок - величезному вибуху у Всесвіті, який до цих пір залишається таємницею для вчених.

Вчені, які вивчали термоядерну енергію, застосували свої знання для теорії Брейта-Уїлера. Завдяки спільній роботі з фізиком-теоретиком з Інституту Макса Планка, вони домоглися успіху.


Теоретичне опис взаємодії матерії і світла. Зображення Oliver Pike з сайту imperial.ac.uk

Революційний експеримент

Досвід, заснований на ідеях Брейта-Уїлера, поставить крапку в теорії про найпростіші способи взаємодії світла і матерії. Шість інших теорій, включаючи теорію Дірака про анігіляції електронів і позитронів (1930 року) і теорію Ейнштейна про фотоефекті (1905 року), можуть брати участь у номінації на Нобелівську премію.

Стів Роуз, професор кафедри фізики Імперського коледжу Лондона, повідомив: «Всі вчені згодні з цією теорією. Однак її автори Брейт і Уілер не могли навіть припустити можливість її перевірки на практиці. Сьогодні, 80 років тому, нам це вдалося! Найдивніше те, що відкриття дозволяє створювати матерію прямо із світла за технологією, доступною на сьогоднішній день у Великобританії. Ми вивчаємо теорію і обговорюємо можливість проведення цього чудового експерименту з нашим розробкам».

Експеримент із застосуванням коллайдера складається з двох основних етапів. По-перше, знадобиться дуже потужний інтенсивний лазер для прискорення електронів до швидкості, близької до швидкості світла. Потім ці електрони будуть бомбардувати золоту плитку, щоб утворився пучок фотонів з енергією в мільярд разів більшою, ніж енергія видимого світла.

Для наступного етапу знадобиться крихітний золотий посуд, який називається «холраум» (в перекладі з німецького «порожня кімната»). Всередину цього судини спрямовується потужний лазер. При цьому виділяється теплове випромінювання і утвориться світіння, що нагадує зоряне світло.

Потім пучок фотонів, отриманих на першому етапі експерименту, направляється в центр судини. Після зіткнення фотонів від двох джерел утворюються електрони і позитрони. Виявити електрони і позитрони можна на виході з посудини.

Провідний спеціаліст Олівер Пайк, який в даний час отримує ступінь доктора наук в галузі фізичних властивостей плазми, повідомив: «Суть теорії проста, однак перевірити її на практиці дуже складно. Ми дуже швидко розробили ідею з застосуванням коллайдера, і наш експеримент можна провести відносно легко на основі існуючих технологій. Кілька годин пошуку нетрадиційного застосування «холраумов» дали свої результати. Ми з подивом виявили, що вони відмінно підходять для будівництва фотонного коллайдера. Гонка за проведення та завершення експерименту почалася!»

Автор: Евгений Плотский | Дата публикации: 26.05.14 |

Комментарии

Комментировать

ВКонтакте
FaceBook