科学家找到“光变物质”的简单方法并模拟成功


从理论上讲,应该有可能把光变成物质。实际上,“说起来容易做起来难”是一种保守的说法。现在,在第一个理论被提出84年后,一些研究人员认为他们将能够做到这一点——他们即将开始这个实验。
 

它被称为布雷特-惠勒过程,这一切都与E=mc2有关。这一过程最早是在1934年,由两位物理学家格雷戈里·布雷特和约翰 A . 惠勒在《物理评论》杂志上描述的。

在他们的论文中,布雷特和惠勒提出,如果两个光子进行对撞,就会会产生一个正电子和一个电子。你会创造出光的物质。

这不是一件容易的事。事实上,布雷特和惠勒认为这是不可能的,并指出“试图在实验室实验中观察这对组合是没有希望的”。

最近的科学家们更加乐观一些,但是实验的设置需要增加大量的高能粒子,而且在实验室中也从未观测到过,也没有在实验室中观察到。

伦敦帝国理工学院的研究人员在2014年设计了他们的实验,消除了对高能粒子的需求。现在他们终于开始做实验了。

“这将是爱因斯坦著名的能量和质量方程的展示:E=mc2,它告诉我们物质转化为能量时产生了多少能量,”高级研究员兼物理学教授史蒂文·罗斯解释说。

实验装置是一种新型的物理实验,包括两束极高功率的激光束。一个是光子产生可见光能量的1000倍;另一个大约是可见光光子能量的1亿倍。这些激光将被用来制造光子,这些光子将会在一起对撞。在靶室里,电子被发射到一块黄金上,产生一束高能光子。

接下来,第二次高能激光被发射到一个叫做黑体辐射空腔的微型金管中,用来制造一个热辐射场。

然后,光子光束通过黑体辐射空腔,来自两个源的光子碰撞。如果它有效,团队将能够从这些碰撞中检测到带电的正电子。

但是他们必须非常彻底地检查数据以确保正电子不是来自其他背景过程。但是如果它能起作用,这个实验不仅仅是为了它自己的缘故——它也许能帮助我们更好地理解宇宙。

“当格雷戈里·布雷特(Gregory Breit)和约翰·惠勒(John Wheeler)在1934年首次提出这个机制时,他们使用了当时的新理论——光与物质之间的相互作用,即量子电动力学,”研究人员斯图亚特·曼格斯(Stuart Mangles)说。

然而,自那以后,量子电动力学的所有基本预测都被实验证明,“双光子布雷-惠勒过程”从未被发现过。

“如果我们现在能证明它,我们将重新创造一个在宇宙的前100秒中非常重要的过程,并且在伽马射线爆发中也能看到,这是宇宙中最大的爆炸,也是物理学中最大的未解之谜之一。”

它仍然可能不起作用——但这是科学的奇妙之处之一。有时候,它是关于把东西砸在一起,创造出一堆乱七八糟的东西,看看哪些没用,下次做得更好。


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