Физики выяснили, как можно сделать антивещество из света
Новое исследование ученых продемонстрировало, как исследователи могут создать ускоряющуюся струю антивещества из света.
Группа физиков показала, что лазеры высокой интенсивности можно использовать для генерации сталкивающихся гамма-фотонов - самых высоких длин волн света - для образования электрон-позитронных пар. Они говорят, что это может помочь нам понять окружающую среду вокруг некоторых из самых экстремальных объектов Вселенной: нейтронных звезд.
Процесс создания пары частиц материя-антивещество - электрона и позитрона - из фотонов называется процессом Брейта-Уиллера, и его чрезвычайно сложно осуществить экспериментально.
Вероятность того, что это произойдет при столкновении двух фотонов, очень мала. Вам нужны фотоны очень высоких энергий, или гамма-лучи, и их много, чтобы максимизировать шансы наблюдения.
У нас пока нет возможности создать гамма-лазер, поэтому фотон-фотонный процесс Брейта-Уиллера в настоящее время остается экспериментально недостижимым. Но группа физиков во главе с Ютонгом Хе из Калифорнийского университета в Сан-Диего (UC San Diego) предложила новый обходной путь, который, согласно их моделированию, действительно может сработать.
Он состоит из пластикового блока, на котором на микрометровой шкале вырезан узор из перекрещивающихся каналов. Два мощных лазера, по одному с каждой стороны блока, стреляют по этой цели сильными импульсами.
"Когда лазерные импульсы проникают в образец, каждый из них ускоряет облако чрезвычайно быстрых электронов", - сказал физик Тома Тонциан из исследовательской лаборатории Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf в Германии.
"Эти два электронных облака затем мчатся навстречу друг другу с полной силой, взаимодействуя с лазером, распространяющимся в противоположном направлении".
В результате столкновение настолько сильно, что производит облако гамма-фотонов. Исследователи заявили, что эти гамма-фотоны должны сталкиваться друг с другом и образовывать электронно-позитронные пары в соответствии с общей теорией относительности Эйнштейна.
Что еще более захватывающе, этот процесс должен генерировать мощные магнитные поля, которые коллимируют позитроны (а не электроны) в сильно ускоренные струйные лучи. Исследователи обнаружили, что на расстоянии всего 50 микрометров ускорение должно увеличить энергию частиц до одного гигаэлектронвольта.
Используя сложное компьютерное моделирование, исследователи проверили свою модель и обнаружили, что она должна работать даже при использовании менее мощных лазеров, чем предыдущие предложения.
Коллимация и ускорение пучка позитронов не только улучшили бы скорость обнаружения частиц, но и сильно схожи с мощными струями коллимированных частиц, излучаемыми сильно магнитными, быстро вращающимися нейтронными звездами, известными как пульсары. Ученые полагают, что процессы, происходящие вблизи этих звезд, могут привести к образованию облаков гамма-излучения, как и в предложенном ими эксперименте.
"Такие процессы, вероятно, будут иметь место, среди прочего, в магнитосфере пульсаров", - сказал физик Алексей Арефьев из Калифорнийского университета в Сан-Диего. "С нашей новой концепцией такие явления можно было бы смоделировать в лаборатории, по крайней мере, до некоторой степени, что позволило бы нам лучше понять их".
Предварительные испытания на европейской рентгеновской лазерной установке XFEL должны выявить, генерируется ли магнитное поле, как это было предсказано при моделировании. В конечном итоге команда надеется, что их эксперимент может быть проведен на недавно открытом и высокотехнологичном объекте ядерной физики Extreme Light Infrastructure в Румынии, где есть два мощных короткоимпульсных лазера и гамма-лучи.
