Форум
Учёные после 80-летнего поиска выяснили, как превратить свет в материю.
Источник
Теории,показывающие взаимодействие света и материи. Фото: Оливер Пайк, Имперский колледж в Лондоне.
Физики из Имперского колледжа Лондона выяснили, как создать материю из света - достижение, считавшееся невозможным, когда эта идея впервые была теоретически обоснована 80 лет назад.
Всего за один день и несколько чашек кофе в крохотном кабинете лаборатории физики Блэкетта три физика разработали относительно простой способ физически доказать теорию, впервые разработанную учеными Брейтом и Уилером в 1934 году.
Брейт и Уилер предположили, что должна быть возможность превращать свет в материю, соударяя две частицы света (фотоны) для создания электрона и позитрона - самый простой способ превращения света в материю из когда-либо предложенных. Расчёт был признан теоретически обоснованным, но Брейт и Уилер говорили, что они никогда не предполагали, что кто-то физически продемонстрирует это предсказание. Этого никогда не наблюдалось в лаборатории, и в прошлых экспериментах для проверки требовалось добавление массивных высокоэнергетичных частиц.
В новом исследовании, опубликованном в Nature Photonics, впервые показано, как теория Брайта и Уилера может быть доказана на практике. Этот "коллайдер фотон-фотон" (photon-photon collider), преобразующий свет непосредственно в материю с использованием уже имеющейся технологии, станет новым типом эксперимента по физике высоких энергий. Этот эксперимент позволит воссоздать процесс, имевший огромное значение в первые 100 секунд вселенной, проявляющийся также в гамма-всплесках, представляющих крупнейшие взрывы во Вселенной и одну из величайших неразгаданных тайн физики.
Ученые исследовали несвязанные проблемы в области термоядерной энергии, когда поняли: то, над чем они работают, может быть применено к теории Брейта-Уилера. Прорыв был достигнут в сотрудничестве с коллегой, физиком-теоретиком из Института ядерной физики им. Макса Планка, который случайно оказался в Имперском колледже.
Демонстрация теории Брейта-Уилера станет окончательным фрагментом физической головоломки, характеризующей простейшие способы того, как взаимодействуют свет и материя. Шесть других частей этой головоломки, включая теорию Дирака 1930 года об аннигиляции электронов и позитронов и теорию Эйнштейна 1905 года о фотоэлектрическом эффекте, все были связаны с исследованиями, получившими Нобелевскую премию (см. рисунок)
Профессор Стив Роуз из отдела физики Имперского колледжа в Лондоне сказал: "Несмотря на то, что все физики согласились с правдивостью теории, когда Брейт и Уилер впервые представили её, они сказали, что не ожидают, что это будет доказано лабораторным методом. 80 лет спустя мы доказываем, что они ошибались. Для нас было неожиданностью открытие того, что мы можем создать материю непосредственно из света, используя технологию, которая имеется в наличии у нас в Великобритании. Поскольку мы теоретики, то сейчас контактируем с другими физиками, которые смогут использовать наши идеи для проведения этого знакового эксперимента".
Эксперимент с коллайдером, предложенный учёными, включает в себя два этапа. Во-первых, ученые будут использовать чрезвычайно мощный высоко-интенсивный лазер для ускорения электронов до околосветовой скорости. Затем они собираются запустить эти электроны в золотую плиту, чтобы получить пучок фотонов в миллиард раз более энергичных, чем видимый свет.
Следующий этап эксперимента включает крошечную золотую банку, называемую hohlraum ( "пустая комната" по-немецки). Ученые выстрелят высокоэнергетическим лазером по внутренней поверхности этой золотой банки, чтобы создать поле теплового излучения, генерирующее свет, подобный свету, испускаемому звездами.
Затем они собираются направить пучок фотонов из первой стадии эксперимента через центр банки, вызывая соударение фотонов из двух источников, и в результате формирование электронов и позитронов. Тогда будет возможно обнаружить электроны и позитроны на выходе из банки.
Ведущий исследователь Оливер Пайк (Oliver Pike), в настоящее время завершающий кандидатскую диссертацию по физике плазмы, сказал: "Хотя концептуально теория проста, её очень сложно проверить экспериментально. Мы очень быстро смогли разработать идею коллайдера, а экспериментальное проектирование, как мы предполагаем, с относительной лёгкостью может быть выполнено с помощью существующих технологий. Через несколько часов поиска применения hohlraums за пределами её традиционной роли в исследованиях в области термоядерной энергетики, мы с удивлением обнаружили, что она создаёт идеальные условия для создания фотонного коллайдера. Идёт гонка за проведение и завершение эксперимента".
Подробнее: первая модель для захвата и уплотнения света в реальных условиях - https://phys.org/news/2014-03-capturing-condensing-realistic-conditions.html
Дополнительная информация: Pike, O, J. et al. 2014. "Коллайдер фотон-фотон в вакуумной hohlraums". Nature Photonics, 18 мая 2014 года - https://www.nature.com/nphoton/journal/v8/n6/full/nphoton.2014.95.html
Источник
Теории,показывающие взаимодействие света и материи. Фото: Оливер Пайк, Имперский колледж в Лондоне.
Физики из Имперского колледжа Лондона выяснили, как создать материю из света - достижение, считавшееся невозможным, когда эта идея впервые была теоретически обоснована 80 лет назад.
Всего за один день и несколько чашек кофе в крохотном кабинете лаборатории физики Блэкетта три физика разработали относительно простой способ физически доказать теорию, впервые разработанную учеными Брейтом и Уилером в 1934 году.
Брейт и Уилер предположили, что должна быть возможность превращать свет в материю, соударяя две частицы света (фотоны) для создания электрона и позитрона - самый простой способ превращения света в материю из когда-либо предложенных. Расчёт был признан теоретически обоснованным, но Брейт и Уилер говорили, что они никогда не предполагали, что кто-то физически продемонстрирует это предсказание. Этого никогда не наблюдалось в лаборатории, и в прошлых экспериментах для проверки требовалось добавление массивных высокоэнергетичных частиц.
В новом исследовании, опубликованном в Nature Photonics, впервые показано, как теория Брайта и Уилера может быть доказана на практике. Этот "коллайдер фотон-фотон" (photon-photon collider), преобразующий свет непосредственно в материю с использованием уже имеющейся технологии, станет новым типом эксперимента по физике высоких энергий. Этот эксперимент позволит воссоздать процесс, имевший огромное значение в первые 100 секунд вселенной, проявляющийся также в гамма-всплесках, представляющих крупнейшие взрывы во Вселенной и одну из величайших неразгаданных тайн физики.
Ученые исследовали несвязанные проблемы в области термоядерной энергии, когда поняли: то, над чем они работают, может быть применено к теории Брейта-Уилера. Прорыв был достигнут в сотрудничестве с коллегой, физиком-теоретиком из Института ядерной физики им. Макса Планка, который случайно оказался в Имперском колледже.
Демонстрация теории Брейта-Уилера станет окончательным фрагментом физической головоломки, характеризующей простейшие способы того, как взаимодействуют свет и материя. Шесть других частей этой головоломки, включая теорию Дирака 1930 года об аннигиляции электронов и позитронов и теорию Эйнштейна 1905 года о фотоэлектрическом эффекте, все были связаны с исследованиями, получившими Нобелевскую премию (см. рисунок)
Профессор Стив Роуз из отдела физики Имперского колледжа в Лондоне сказал: "Несмотря на то, что все физики согласились с правдивостью теории, когда Брейт и Уилер впервые представили её, они сказали, что не ожидают, что это будет доказано лабораторным методом. 80 лет спустя мы доказываем, что они ошибались. Для нас было неожиданностью открытие того, что мы можем создать материю непосредственно из света, используя технологию, которая имеется в наличии у нас в Великобритании. Поскольку мы теоретики, то сейчас контактируем с другими физиками, которые смогут использовать наши идеи для проведения этого знакового эксперимента".
Эксперимент с коллайдером, предложенный учёными, включает в себя два этапа. Во-первых, ученые будут использовать чрезвычайно мощный высоко-интенсивный лазер для ускорения электронов до околосветовой скорости. Затем они собираются запустить эти электроны в золотую плиту, чтобы получить пучок фотонов в миллиард раз более энергичных, чем видимый свет.
Следующий этап эксперимента включает крошечную золотую банку, называемую hohlraum ( "пустая комната" по-немецки). Ученые выстрелят высокоэнергетическим лазером по внутренней поверхности этой золотой банки, чтобы создать поле теплового излучения, генерирующее свет, подобный свету, испускаемому звездами.
Затем они собираются направить пучок фотонов из первой стадии эксперимента через центр банки, вызывая соударение фотонов из двух источников, и в результате формирование электронов и позитронов. Тогда будет возможно обнаружить электроны и позитроны на выходе из банки.
Ведущий исследователь Оливер Пайк (Oliver Pike), в настоящее время завершающий кандидатскую диссертацию по физике плазмы, сказал: "Хотя концептуально теория проста, её очень сложно проверить экспериментально. Мы очень быстро смогли разработать идею коллайдера, а экспериментальное проектирование, как мы предполагаем, с относительной лёгкостью может быть выполнено с помощью существующих технологий. Через несколько часов поиска применения hohlraums за пределами её традиционной роли в исследованиях в области термоядерной энергетики, мы с удивлением обнаружили, что она создаёт идеальные условия для создания фотонного коллайдера. Идёт гонка за проведение и завершение эксперимента".
Подробнее: первая модель для захвата и уплотнения света в реальных условиях - https://phys.org/news/2014-03-capturing-condensing-realistic-conditions.html
Дополнительная информация: Pike, O, J. et al. 2014. "Коллайдер фотон-фотон в вакуумной hohlraums". Nature Photonics, 18 мая 2014 года - https://www.nature.com/nphoton/journal/v8/n6/full/nphoton.2014.95.html
