Световая «сгущенка»

Фото: Getty Images / Fotobank.ru

Физики научились превращать частицы света в материю и антиматерию

Александр Телишев

19 мая, 2014 14:30

5 мин

Европейские физики нашли способ «столкнуть» два фотона и получить из них материю и антиматерию — электрон и антиэлектрон. Чертежи «светового коллайдера» были опубликованы в воскресенье, 18 мая, в журнале Nature Photonics.

На страницах многих научно-фантастических романов часто упоминаются различные футуристические приборы, способные создавать еду и предметы обихода буквально из ничего. Многие из них, по задумке авторов книг, работают благодаря способности этих аппаратов превращать фотоны света в материю. И хотя такие гаджеты пока остаются фантастикой, американские физики Григорий Брейт и Джон Уилер теоретически обосновали возможность такой трансформации еще в начале ХХ века.

По идее Брейта и Уилера, столкновение двух фотонов при определенных условиях может привести к их превращению в пару частиц «настоящей» материи — электрона и позитрона. Сами теоретики не считали возможной проверку этой гипотезы на практике, с чем не соглашаются Оливье Пайк из Имперского колледжа Лондона (Великобритания) и другие участники его научной команды.

Пайк с коллегами и сотрудники Института ядерной физики в Гейдельберге (ФРГ) предлагают создать «световой коллайдер», который будет сталкивать не ядра атомов или частицы материи, а фотоны света.

Изначально немецкие и британские физики работали над проблемами термоядерного синтеза. Они экспериментировали с так называемыми хольраумами — миниатюрными цилиндрами из золота, которые недавно ученые из проекта NIF использовали для вывода термоядерной реакции в энергетический «плюс».

Группа Пайка заметила, что цилиндр можно использовать не только для сжатия дейтерия и «накачки» его энергией, но и для получения и разгона фотонов до скоростей и энергий, необходимых для осуществления эксперимента Брейта и Уилера. Руководствуясь этой идеей, авторы статьи создали схему «светового коллайдера», оценили его стоимость и реалистичность сборки из существующих на сегодняшний день компонентов.

Схема «фотонного коллайдера». Изображение: Oliver Pike / Nature / NPG

Благодаря хорошим «разгонным» свойствам цилиндров из золота, коллайдер оказался достаточно дешевым, экономичным и простым в изготовлении. Он состоит из нескольких магнитных «ловушек», детектора элементарных частиц и двух источников фотонов.

В качестве первого генератора частиц света выступает тонкая пластинка из золота, обратная сторона которой непрерывно бомбардируется потоком электронов, разогнанных до околосветовых скоростей при помощи лазера. Эти электроны взаимодействуют с ядрами атомов золота внутри пластины, в результате чего возникает мощный поток фотонов, чья энергия в миллионы раз превышает энергию частиц света с хорошо освещенной улицы.

Вторым источником фотонов в схеме Пайка и его коллег выступает хольраум, внутренняя поверхность которого освещается другим лазером. Одновременно с этим золотой цилиндр является и той точкой, где «лучи» фотонов пересекаются, и где будет происходить столкновение фотонов. После таких столкновений новорожденные частицы материи будут вылетать из цилиндра наружу, где их «поймают» магнитные ловушки и перенаправят к детекторам.

По словам физиков, постройка такого коллайдера не потребует многомиллиардных вложений, сравнимых с расходами на создание БАК или «Тэватрона». В качестве источника электронов и лазерных лучей Пайк и его коллеги предлагают использовать уже существующие ускорители частиц.

«Хотя теория Брейта и Уилера является достаточно простой идеей, мы всегда считали, что ее крайне сложно проверить эмпирически. Мы смогли найти рецепт решения этой проблемы всего за пару часов после того, как начали думать о том, в каких областях физики, помимо термоядерной энергетики, можно использовать хольраумы. А теперь начинается гонка по постройке светового коллайдера, — заявил Пайк.

Авторы статьи уже начали сборку коллайдера, прототип которого, по их словам, будет готов к работе примерно через год. Запуск этого прибора даст физикам возможность проверить справедливость теорий начала ХХ века, описывающих взаимодействие света и материи. Кроме того, наблюдения за рождением и смертью частиц внутри коллайдера поможет понять, как выглядела Вселенная в первые 100 секунд после Большого взрыва, и как рождалась материя, составившая основу первичных галактик и звезд.

ТЕГИ

поддержать проект

Для поднятия хорошего настроения, вы можете угостить наших редакторов чашечкой кофе

Маленькая чашка кофе