E = mc². Je to jedna z nejzákladnějších a nejzákladnějších rovnic celé astrofyziky. Ale dělá to víc, než že naznačuje, že hmota a energie jsou propojeny, znamená to, že světlo může být fyzicky přeměněno na hmotu.
Ale lze to skutečně – fyzicky – provést? Vědci tuto teorii navrhli před více než 80 lety, ale teprve dnes vydláždili cestu k tomu, aby tato transformace byla na Zemi rutinně.
Tento koncept vyžaduje nový druh foton-fotonového srážeče. Zní to jako sci-fi, ale pomocí stávající technologie by se to dalo převést do reality.
„Ačkoli je tato teorie koncepčně jednoduchá, bylo velmi obtížné ji experimentálně ověřit,“ řekl vedoucí výzkumník Oliver Pike z londýnské Imperial College. tisková zpráva . 'Dokázali jsme vyvinout nápad na urychlovač velmi rychle, ale experimentální design, který navrhujeme, lze provést relativně snadno.'
V roce 1934 dva fyzici Gregory Breit a John Wheeler navrhli, že by mělo být možné přeměnit světlo na hmotu rozbitím pouze dvou fotonů, základních částic světla, za vzniku elektronu a pozitronu. Byla to nejjednodušší metoda přeměny světla na hmotu, jaká kdy byla předpovězena, ale nikdy nebyla pozorována v laboratoři.
Minulé experimenty vyžadovaly přidání masivních vysokoenergetických částic. Z vývoje jaderných zbraní a štěpných reaktorů jsme viděli, že malé množství hmoty může poskytnout obrovské množství energie. Zdá se tedy, že Breitova a Wheelerova teorie by vyžadovala opačný efekt: obrovské množství energie z fotonů k získání malého množství hmoty.
Tento experiment bude první v tom, že nevyžaduje přidání masivních vysokoenergetických částic. Bude se provádět čistě z fotonů.
Koncept vyžaduje použití vysokointenzivního laseru k urychlení elektronů těsně pod rychlost světla a jejich následnému rozbití na plát zlata, aby se vytvořil paprsek fotonů miliardkrát energičtější než viditelné světlo. Ve stejnou dobu by byl na hohlraum vystřelen další laserový paprsek – malá zlatá nádoba znamenající německy „prázdná plechovka“, která by vytvořila radiační pole s fotony bzučícími uvnitř.
Počáteční fotonový paprsek by směřoval do středu hohlraumu. Když se fotony ze dvou zdrojů srazí, některé se přemění na páry elektronů a pozitronů. Detektor by pak zachytil signatury hmoty a antihmoty, když vylétaly z kontejneru.
Teorie popisující interakce světla a hmoty. Obrazový kredit: Oliver Pike, Imperial College London
'Během několika hodin hledání aplikací hohlraumů mimo jejich tradiční roli ve výzkumu energie z jaderné syntézy jsme byli překvapeni, když jsme zjistili, že poskytují dokonalé podmínky pro vytvoření fotonového srážeče,' řekl Pike. 'Závod o provedení a dokončení experimentu je v plném proudu!'
Pokud bude demonstrace úspěšně provedena, bude novým typem experimentu fyziky vysokých energií. Doplnilo by to seznam fyziků základních způsobů interakce světla a hmoty a oba by znovu vytvořily proces, který byl důležitý 100 sekund po Velkém třesku, a proces viditelný v záblescích gama záření, nejsilnějších explozích ve vesmíru.
The papír byl publikován v Nature Photonics.