- Горячие темы:
- Все для фронта - все про оружие и технику
Физики обнаружили доказательства создания материи из света
Согласно теории, если вы достаточно сильно столкнете два фотона вместе, вы можете создать материю: пару электрон-позитрон, преобразование света в массу согласно специальной теории относительности Эйнштейна.
Это называется процессом Брейта-Уиллера, впервые изложенным Грегори Брейтом и Джоном А. Уилером в 1934 году, и у нас есть очень веские основания полагать, что это работает.
Читай также: Ученые смогли изучить состояние материи в ранней Вселенной
Но прямое наблюдение чистого явления, включающего всего два фотона, остается труднодостижимым, главным образом потому, что фотоны должны быть чрезвычайно энергичными (т.е. гамма-лучи), а у нас пока нет технологии для создания гамма-лазера.
Теперь физики из Брукхейвенской национальной лаборатории говорят, что они нашли способ обойти этот камень преткновения, используя релятивистский коллайдер тяжелых ионов (RHIC), что привело к прямому наблюдению за процессом Брейта-Уиллера в действии.
"В своей статье Брейт и Уиллер уже поняли, что это практически невозможно сделать", - сказал физик Чжанбу Сюй из Brookhaven Lab. "Лазеров еще даже не существовало! Но Брейт и Уиллер предложили альтернативу: ускорение тяжелых ионов. И их альтернатива - это именно то, что мы делаем в RHIC".
Но какое отношение ускоренные ионы имеют к столкновениям фотонов?
Процесс включает, как следует из названия коллайдера, ускорение ионов - атомных ядер, лишенных своих электронов. Поскольку электроны имеют отрицательный заряд, а протоны (в ядре) - положительный, при его удалении из ядра остается положительный заряд. Чем тяжелее элемент, тем больше в нем протонов и тем сильнее положительный заряд образующегося иона.
Читай также: Физикам удалось остановить видимый свет
Команда использовала ионы золота, которые содержат 79 протонов и мощный заряд. Когда ионы золота ускоряются до очень высоких скоростей, они создают круговое магнитное поле, которое может быть столь же мощным, как и перпендикулярное электрическое поле в коллайдере. Там, где они пересекаются, эти равные поля могут производить электромагнитные частицы или фотоны.
"Итак, когда ионы движутся со скоростью, близкой к скорости света, есть пучок фотонов, окружающих ядро золота, которые движутся вместе с ним, как облако", - объяснил Сюй.
На RHIC ионы ускоряются до релятивистских скоростей - тех, которые составляют значительный процент скорости света. В этом эксперименте ионы золота были ускорены до 99,995 процентов скорости света.
Вот где происходит волшебство: когда два иона просто не попадают друг в друга, их два облака фотонов могут взаимодействовать и сталкиваться. Сами столкновения невозможно обнаружить, но возникающие в результате электрон-позитронные пары могут.
Однако недостаточно просто обнаружить пару электрон-позитрон.
Читай также: Физики отправили луч света в прошлое
Это потому, что фотоны, произведенные электромагнитным взаимодействием, являются виртуальными фотонами, которые на короткое время появляются и исчезают и не имеют той же массы, что и их "реальные" аналоги.
Чтобы быть истинным процессом Брейта-Уиллера, должны столкнуться два реальных фотона - ни два виртуальных фотона, ни виртуальный и реальный фотон.
При релятивистских скоростях ионов виртуальные частицы могут вести себя как настоящие фотоны. К счастью, физики могут определить, какие пары электрон-позитрон генерируются процессом Брейта-Уиллера: углы между электроном и позитроном в паре, образовавшейся в результате столкновения.
Каждый тип столкновения - виртуально-виртуальный, виртуально-реальный и реальный - можно идентифицировать по углу между двумя производимыми частицами. Таким образом, исследователи обнаружили и проанализировали углы более 6000 электронно-позитронных пар, образовавшихся в ходе их эксперимента.
Они обнаружили, что углы соответствуют столкновениям между реальными фотонами - процессу Брейта-Уиллера в действии.
Читай также: Все под контролем: Изобретен материал, форму которого можно программировать
"Мы также измерили все энергии, массовые распределения и квантовые числа систем. Они согласуются с теоретическими расчетами того, что могло бы произойти с реальными фотонами", - сказал физик Даниэль Бранденбург из Brookhaven Lab.
"Наши результаты представляют собой четкое свидетельство прямого одноэтапного создания пар материя- антивещество в результате столкновений света, как первоначально предсказывали Брейт и Уиллер".
Можно очень разумно аргументировать, что у нас не будет прямого первого обнаружения чистого однофотонно-фотонного процесса Брейта-Уиллера, пока мы не столкнем фотоны, энергия которых приближается к энергии гамма-лучей.
Тем не менее, работа команды очень интересна - по крайней мере, она показывает, что мы строим правильное дерево вместе с Брейтом и Уилером.
Мы и дальше будем жадно наблюдать за этим пространством.
Напомним, ранее сообщалось, что физики выяснили, как можно сделать антивещество из света.
Хотите знать важные и актуальные новости раньше всех? Подписывайтесь на Bigmir)net в Facebook и Telegram.
