naukaWiadomości promowane

Naukowcy proponują budowę zderzacza, który zamieni światło w materię

E=mc^2. Równanie to, które jest implikacją szczególnej teorii względności Einsteina, zna chyba każdy. Umożliwiło ono między innymi uwolnienie energii atomu, a zespół fizyków z Imperial College London twierdzi, że dzięki niemu możliwe będzie też stworzenie materii ze światła. Już w przyszłym roku.

Według tego równania energia oraz masa są nie tylko ze sobą powiązane, ale też tożsame, ponieważ stanowią dwie strony tego samego równania. Teoretycznie, tak jak przekształca się równani matematyczne, można byłoby przekształcać zarówno materię w energię, jak i energię w materię. W praktyce jednak dużo łatwiej wyprodukować bombę atomową, niż stworzyć materię z energii. Nie zmienia to faktu, że fizycy zastanawiają się na tym od dłuższego czasu.

W 1934 roku dwóch amerykańskich fizyków, Gregory Breit oraz John Wheeler, doszło do wniosku, że coś takiego jest możliwe – dwa fotony mogą zderzyć się ze sobą, w efekcie czego powstaną elektron oraz pozyton. Zgoda, elektron, który dodatkowo ulegnie anihilacji po spotkaniu ze swoją antycząstką, pozytonem, to niewiele, ale jednak jest to już „coś” z „niczego”. I dużej ilości energii. Byłaby to piękna, ale jednocześnie bardzo rzadko występująca prezentacja zależności wynikającej ze słynnego równania Einsteina. We wnioskach swojej pracy stwierdzili oni nawet, że „beznadziejna byłaby próba obserwacji powstania takiej pary w warunkach laboratoryjnych”.

Minęło jednak 80 lat, a zespół fizyków z Imperial College London, którego praca na ten temat została opublikowana wczoraj w Nature Photonics, uważa, że realizacja eksperymentu zaproponowanego przez Breita i Wheelera jest dziś możliwa.

Zamiana światła w materię (a właściwie w elektron, czyli w jeden z jej składników) nie jest jednak prosta. Pierwsze eksperymenty tego typu przeprowadzono już pod koniec lat dziewięćdziesiątych ubiegłego stulecia, ale zakładały one zderzanie wiązek elektronów oraz fotonów, co w przypadku, gdy efektem zderzenia ma być para elektron-pozyton, nie sprzyja obserwacji. Brytyjscy naukowcy mają jednak pomysł na to, w jaki sposób odseparować elektrony od próżni, w której ma nastąpić zderzenie. Pierwszym krokiem ma być wystrzelenie strumienia elektronów w kierunku złotej płytki, dzięki czemu wyprodukowany zostanie strumień fotonów. Następnie zamierzają skierować laser do pustej kapsuły ze złota nazywanej hohlraum (z niemieckiego „pusty pokój”), która, pobudzona, również stanie się silnym źródłem fotonów. Na zakończenie pozostanie już tylko skierować pierwszy strumień fotonów do środka hohlraumu, gdzie nastąpi zderzenie fotonów. Według ich obliczeń, eksperyment ten pozwoli na zderzenie takich ilości fotonów o takiej energii, że powstać powinno około 100 tysięcy par elektron-pozyton.

Według pomysłodawców wszystkie technologiczne przeszkody stojące na drodze do zbudowania takiego zderzacza zostały już wyeliminowane. Chcieliby oni w ciągu 12 miesięcy zbudować takie urządzenie i zademonstrować jego działanie.

„Taki zderzacz mógłby zostać wykorzystany do badań nad fizyką cząstek elementarnych na przykładzie bardzo klarownej instalacji doświadczalnej: wpada światło, wypada materia. Eksperyment byłby pierwszą taką demonstracją,” mówi Oliver Pike, szef zespołu fizyków z Imperial College London.

Zdjęcia: Flickr/DennisR, Nature Photonics


podobne treści