Квантов пробив: учени създадоха антиматерия от светлина

Бъдещи перспективи

Иновативни експериментални конфигурации

Лазерите с висока мощност трансформираха начина, по който изследователите наблюдават екстремните физични явления, прекрачвайки границите на квантовата физика и астрофизиката.

Когато се фокусират почти до дифракционния си лимит, те генерират електромагнитни полета с огромна сила.

Последните постижения в областта на структурираните плазмени цели с размери в микрометровия мащаб са открили нови възможности за осъществяване на сблъсъци на фотони, които водят до създаване на електрон-позитронни двойки, пише thebrighterside.news.

При лазерни интензитети, надвишаващи 10²³ W/cm², квантово електродинамичните (QED) ефекти стават нелинейни.

„Когато лазерните импулси проникват в пробата, всеки от тях ускорява облак от изключително бързи електрони“, обяснява Тома Тонциан от Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf в Германия. „Тези два облака електрони след това се състезават една към друга с пълна сила, като взаимодействат с лазера, който се разпространява в противоположната посока.“

Брейт и Уилър смятали, че сблъсъкът на фотони ще доведе до създаването на електрон-позитронни двойки – този мислен експеримент е получил наименованието процес на Брейт–Уилър. Учените твърдели, че не се и надяват някой да провери теорията им лабораторно, тъй като за експеримента се изисква и участието на масивни частици с високи енергии.

Генерираните гама-фотони се сблъскват, като инициират процеса на Брейт-Уилър. Още по-впечатляващо е, че сблъсъкът създава магнитни полета, които заключват и ускоряват позитроните в тесни, струйни лъчи. На разстояние от само 50 микрометра позитроните могат да постигнат енергийни нива до един гигаелектронволт.

Докато нелинейното създаване на двойки с интензивни лазери е било наблюдавано, линейният процес на Брейт-Уилър, който изисква два реални фотона да взаимодействат помежду си, остава неуловим в лабораторни условия. Този процес е рядък заради малката си сечка, като изисква високи фотонни потоци за успешното му наблюдение.

Концепция за пробив, предложена от екип, ръководен от Ютонг Хе от Университета на Калифорния, Сан Диего, демонстрира как структурирани плазмени цели, облъчвани от лазери, могат да създадат условия, при които линейният процес на Брейт-Уилър доминира.

Подобни полета не само позволяват ускоряването на енергийни частици, но също така правят възможно и изследването на процеси, които обикновено се срещат само в най-крайна среда. Например - създаването на електрон-позитронни двойки —феномен, който доскоро беше ограничен в рамките на създаване на определени астрофизични условия като магнитосферите на пулсари.

Потенциалът на тази експериментална конфигурация надминава само наблюдението на процеса на Брейт-Уилър. Способността за конфиниране и ускоряване на позитрони има сериозни импликации за генерирането на антиматерия, която може да бъде използвана като модел за изследване на динамиката на астрофизични явления.