He löytävät kuinka luoda ainetta valosta

  • 2015

Imperial College Lontoon teoreettiset fyysikot suunnittelivat kokeilun, joka mahdollistaisi sen.

Imperial College Lontoon teoreettiset fyysikot ovat suunnitelleet kokeilun, jossa käytetään olemassa olevaa tekniikkaa valon muuttamiseksi aineeksi kahden fotonin törmäyksessä. Mahdollisuutta teoretisoitiin 80 vuotta sitten, mutta tähän asti ei ollut ollut mahdollista suunnitella kokeilua sen todistamiseksi.

Lontoon Imperial College -fyysikot ovat löytäneet kuinka luoda ainetta valosta: saavutus, jonka uskottiin mahdottomaksi, kun sitä teorisoitiin ensimmäisen kerran 80 vuotta sitten .

Yhden päivän aikana useiden kahvien jälkeen pienessä Blackett-fysiikan laboratorion Imperial College -opistossa kolme fyysikkoa kehittivat suhteellisen yksinkertaisen tavan fyysisesti testata teoria, jonka alun perin tutkijat Breit ja Wheeler olivat suunnitelleet vuonna 1934.

Breit ja Wheeler ehdottivat, että valon pitäisi olla mahdollista muuntaa aineeksi törmäämällä kaksi valon hiukkasta (fotoneja) ja luomalla elektroni ja positron: yksinkertaisin menetelmä muuntaa valo valon aineeksi, joka koskaan ennustettu. Laskelma osoittautui teoreettisesti järkeväksi, mutta Breit ja Wheeler sanoivat, että he eivät odottaneet kenenkään todistavan fyysisesti ennustetaan. Sitä ei ole koskaan havaittu laboratoriossa, ja aiemmat kokeet sen testaamiseksi vaativat massiivisten korkeaenergisten hiukkasten lisäämisen.

Mahdollinen käytännön koe

Nature Photonics -lehdessä julkaistu uusi tutkimus osoittaa ensimmäistä kertaa, kuinka Breitin ja Wheelerin teoria voidaan todistaa käytännössä . Tämä "fotoni-fotoni-kolari", joka muuntaa valon suoraan aineeksi jo saatavilla olevan tekniikan avulla, olisi uudentyyppinen korkeaenergiafysiikan koe.

Tämä kokeilu toisi uudelleen prosessin, joka oli erittäin tärkeä maailmankaikkeuden ensimmäisissä 100 sekunnissa ja joka näkyy myös gammasäteilypurskeissa, jotka ovat maailmankaikkeuden suurimpia räjähdyksiä ja fysiikan suurimpia ratkaisemattomia mysteerejä.

Tutkijat olivat tutkineet fuusioenergiaongelmia, jotka eivät liity tähän, kun he ymmärsivät, että heidän työskentelynsä voisi koskea Breit-Wheeler-teoriaa. Edistys saavutettiin yhteistyössä saksalaisen Max Planckin ydinfysiikan instituutin teoreettisen fyysikon kanssa, joka vieraili Imperialissa.

Breit-Wheeler-teorian osoittaminen tarjoaisi lopullisen pala fysiikan palapelin, joka kuvaa yksinkertaisimpia tapoja vuorovaikutukseen valon ja aineen välillä. Tämän palapelin muut kuusi kappaletta, mukaan lukien Dirac-teoria vuodelta 1930 elektronien ja positronien tuhoamisesta ja Einsteinin vuosi 1905 valosähköisestä vaikutuksesta, liittyvät Nobel-palkittuun tutkimukseen.

Professori Steve Rose Imperial Collegen fysiikan laitokselta selittää lehdistötiedotteessa: ” Huolimatta kaikista fyysikoista, jotka hyväksyivät hänen teoriansa olevan totta, Breit ja Wheeler sanoivat, etteivät he odottaneet sen osoittavan laboratoriossa. Tänään, lähes 80 vuotta myöhemmin, osoitimme, että he olivat väärässä. Yllättävintä meille oli löytö siitä, kuinka voimme luoda ainetta suoraan valosta käyttämällä tekniikkaa, jota meillä tänään Yhdistyneessä kuningaskunnassa on. Koska olemme teoreetikkoja, puhumme ihmisten kanssa, jotka voivat käyttää ideoitamme suorittaaksemme tämän historiallisen kokeen. "

Aiheeseen liittyvät artikkelit

Ensimmäinen valokuva valosta, joka käyttäytyy samanaikaisesti kuin aalto ja runko
Mahdollinen selitys aineen alkuperälle kosmossa
Google Glass -sovellus analysoi kasvien terveyttä vahingoittamatta niitä
He saavat lomitetut fotonit sirun sisällä
He saavat pysäyttämään valon ilmassa

Käynnissä oleva kokeilu

Tutkijoiden ehdottamassa törmäyskokeessa on kaksi päävaihetta. Ensinnäkin, tutkijat käyttäisivät erittäin tehokasta, erittäin voimakasta laseria kiihdyttämään elektroneja vain valonopeuden alapuolelle.

Sitten he ampuisivat nämä elektronit kultalevyllä fotonisäteen luomiseksi miljardi kertaa energiatehokkaampaa kuin näkyvä valo.

Kokeen seuraavaan vaiheeseen kuuluu pieni kultakapseli, nimeltään hohlraum (saksaksi "tyhjä huone"). Tutkijat ampuivat tämän kulta-astian sisäpinnalle korkeaenergialaserin, jotta muodostettaisiin lämpö säteilykenttä, joka tuottaisi tähtiä lähettävän valon kaltaisen valon.

Sitten ne ohjaisivat kokeen ensimmäisen vaiheen fotonisäteen kapselin keskuksen läpi, aiheuttaen kahden lähteen fotonit törmäykseen ja muodostaen elektronit ja positronit. Sitten olisi mahdollista havaita elektronien ja positronien muodostuminen, kun ne poistuvat kapselista.

Johtava tutkija Oliver Pike, joka suorittaa parhaillaan plasmafysiikan tohtorin tutkinnon, lisää: ”Vaikka teoria on käsitteellisesti yksinkertainen, kokeellisesti on ollut erittäin vaikea varmistaa. Pystyimme kehittämään kolarilaitteen idean hyvin nopeasti, mutta ehdottamamme kokeellinen suunnittelu voidaan suorittaa suhteellisen helposti ja olemassa olevan tekniikan avulla. ”

”Kun vain muutama tunti pohdittiin hohlraum-sovelluksia, jotka eivät kuulu niiden perinteiseen tehtävään fuusioenergiatutkimuksessa, hämmästyimme huomatessamme, että se tarjosi täydelliset olosuhteet fotonikollektorin luomiseen. Kilpailu kokeen suorittamisesta ja suorittamisesta on käynnissä! ”

Tutkimusta rahoittivat tekniikan ja fysikaalisten tieteiden tutkimusneuvosto (EPSRC), John Adams -kiihdyttötieteellinen instituutti ja Atomic Armament Establishment (AWE), jotka kaikki sijaitsevat Isossa-Britanniassa, ja se toteutettiin yhteistyötä Max-Planck -Institut für Kernphysikin kanssa, Saksa.

Bibliografinen viite :

OJ Pike, F. Mackenroth, EG Hill, SJ Rose. Fotoni-fotoni-kolarilaite tyhjiökorkeudessa. Nature Photonics (2014). DOI: 10.1038 / nphoton, 2014.95

He löytävät kuinka luoda ainetta valosta

Seuraava Artikkeli