https://bodybydarwin.com
Slider Image

Πώς να αποδείξει ότι το φως μπορεί να μετατραπεί σε θέμα

2021

Το 1934, δύο Αμερικανοί φυσικοί θεώρησαν ότι αν κάποιος μπορούσε να κάνει δύο φωτόνια να συγκρουστούν, η σύγκρουση θα παρήγαγε δύο ζεύγη ποζιτρονίων-ηλεκτρονίων - και έτσι θα μετατρέπονταν το φως σε ύλη. Εάν αποδειχθεί σε ένα εργαστήριο, η διαδικασία θα είναι μια καθαρή επίδειξη της θεωρίας της σχετικότητας του Einstein, E = mc2 που δηλώνει ότι η μάζα ενός αντικειμένου είναι επίσης ένα μέτρο της αποθηκευμένης ενέργειας. Εκείνη την εποχή οι επιστήμονες Γκρέγκορι Μπρεϊτ και Ιωάννης Α. Wheeler, φυσικοί του Πανεπιστημίου της Νέας Υόρκης, επινόησαν την υπόθεσή τους, δεν υπήρχαν διαθέσιμα επιστημονικά εργαλεία για να το επιδείξουν, οπότε το ζευγάρι έμεινε μόνο με μια θεωρία, μια πολύ καλή θεωρία γνωστή στη συνέχεια όπως η διαδικασία Breit-Wheeler, μέχρι να φτάσει η τεχνολογία.

Ακριβώς 80 χρόνια αργότερα, εκείνη την ώρα έφτασε τελικά: οι θεωρητικοί φυσικοί στο Imperial College του Λονδίνου έχουν σκοντάψει, κατά λάθος, με μια μέθοδο που θα καταδείξει τη θεωρία του Breit and Wheeler. Σε μια μελέτη που δημοσιεύθηκε αυτό το μήνα στη Nature Photonics, η ομάδα περιγράφει πώς, ενώ ερεύνησαν προβλήματα που σχετίζονται με την ενέργεια σύντηξης, συνειδητοποίησαν ότι πυροδοτώντας υψηλής ενέργειας λέιζερ σε ένα hohlraum - ένα μικροσκοπικό χρυσό κουτί που απορροφά την ακτινοβολία λέιζερ και αναμεταδίδεται συμμετρικά ως ακτινογραφίες-οι επιστήμονες θα μπορούσαν να δημιουργήσουν ένα "φωτοστέρημα φωτονίων-φωτονίων με επιτυχία να περιστρέφουν σωματίδια ύλης μακριά από φωτόνια υψηλής ενέργειας.

Δεδομένου ότι οι άνθρωποι που επινόησαν το πείραμα ασχολούνται μόνο με τη θεωρητική φυσική και δεδομένου ότι η συγκεκριμένη διαδικασία θα απαιτήσει μια μεγάλη ομάδα πειραματιστών, η ομάδα του Pike βρίσκεται αυτή τη στιγμή στη διαδικασία συγκέντρωσης άλλων ερευνητών για να δει σωστά το πείραμα. Λέει ότι θα μπορούσε να ολοκληρωθεί "μέσα σε ένα χρόνο ανάλογα με το πόσο γρήγορα η ομάδα μπορεί να εξασφαλίσει μία μόνο από τις 10 εργαστηριακές εγκαταστάσεις στον κόσμο που περιέχουν τον εξοπλισμό που απαιτείται για να εκτελέσει το πείραμα: τόσο οι δυνατότητες λέιζερ μικρού σφυγμού όσο και ένα hohlraum ή μερικές άλλος μηχανισμός για τη δημιουργία μεγάλου αριθμού ακτίνων Χ. Η διαδικασία περιλαμβάνει μια επίσημη πρόταση, η οποία θα αξιολογείται από ομότιμους και θα πρέπει να είναι πράσινη από μια επιτροπή από την εγκατάσταση με βάση την εμπεριστατωμένη παρουσίαση, την εμπειρογνωμοσύνη του προσωπικού και την απόλυτη σημασία της επιστήμης. Δεν έχει πρόβλημα με αυτό το τελευταίο - όταν το κάνει αυτό, θα έχει πραγματοποιήσει, στην καθαρότερη του μορφή, μια διαδικασία κρίσιμη για την κατανόηση τόσο των εκρήξεων των ακτίνων γάμμα όσο και τα πρώτα λεπτά του σχηματισμού του σύμπαντος.

"Η διαδικασία Breit-Wheeler [ήταν τόσο απροσδόκητη επειδή ο αριθμός των σωματιδίων του φωτός που απαιτούνται για να το δει είναι πολύ υψηλός ερευνητής Oliver Pike λέει στη Populatory Science ." Προσπαθώντας να συγκρουστούν δύο φωτόνια χρησιμοποιώντας δύο υψηλής ενέργειας δέσμες φωτός έχει μέχρι σήμερα, δεν λειτουργεί, επειδή είναι πολύ δύσκολο να δημιουργηθούν πυκνές και στενές δέσμες των ενεργειών που απαιτούνται για την ανίχνευση της διαδικασίας. Η προσέγγισή μας ήταν διαφορετική. Οι θερμαινόμενοι λέιζερ hohlraum έχουν χρησιμοποιηθεί εδώ και δεκαετίες και τα λέιζερ υψηλής έντασης έχουν καταφέρει να επιταχύνουν τα ηλεκτρόνια στις πολύ μεγάλες ενέργειες που απαιτούνται για τη δημιουργία της δέσμης φωτός για περίπου 10 χρόνια. Απλά δεν νομίζω ότι κάποιος είχε σκεφτεί να χρησιμοποιήσει ένα hohlraum ως εργαλείο για να μελετήσει τη θεμελιώδη φυσική πριν ".

Δεν είναι η πρώτη φορά που το φως μετατράπηκε σε ύλη: το 1997, ο γραμμικός συγκρουστής του Στάνφορντ χρησιμοποίησε μια διαφορετική διαδικασία που περιλάμβανε μεγάλο αριθμό φωτονίων που αλληλεπιδρούν με τη βοήθεια μιας υψηλής ισχύος δέσμης ηλεκτρονίων και ενός ηλεκτρικού πεδίου που παρείχε την απαιτούμενη ενέργεια για να συγκρουστούν τα φωτόνια για να παράγουν σωματίδια ύλης. Το πείραμα της ομάδας Imperial College του Λονδίνου, αντίθετα, χρησιμοποιεί την ενέργεια των ίδιων των δύο συγκρουόμενων φωτονίων - θα είναι η πρώτη φορά που το φως έχει μετατραπεί σε ύλη σε ένα συνολικό κενό, καθιστώντας έτσι πολύ πιο εύκολη την παρακολούθηση της διαδικασίας.

"Η ιδέα της δημιουργίας ενός φωτοσυνθέτη φωτονίων είναι ένας που έχει πολύ μακροχρόνιο ενδιαφέρον για τους φυσικούς, λέει ο Pike." Πολλά διαφορετικά σωματίδια μπορούν να παραχθούν σε συγκρούσεις φωτονίων, οπότε ένας τέτοιος αναστολέας θα μπορούσε ενδεχομένως να χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη της θεμελιώδους φυσικής με μια πολύ καθαρή πειραματική προσέγγιση. [Αυτό] θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ως μια πηγή αντιύλης που είναι χρήσιμη στη σάρωση με ΡΕΤ, παραδείγματος χάριν με τον ίδιο αριθμό ηλεκτρονίων και ποζιτρονίων σχηματίζονται, αλλά υπάρχουν πολύ ευκολότεροι και αποτελεσματικότεροι τρόποι δημιουργίας αντιύλης από αυτό. Εφαρμογές [της διαδικασίας] μπορεί να προκύψουν στο μέλλον, αλλά αυτή τη στιγμή, η κύρια πρόκληση αυτού του πειράματος είναι σίγουρα ακαδημαϊκή: παρατηρώντας για πρώτη φορά μια πολύ απλή διαδικασία ».

Ενώ η σύγχρονη τεχνολογία καθιστά τελικά δυνατή τη διεξαγωγή της διαδικασίας Breit-Wheeler για πρώτη φορά, ο Pike λέει ότι μόλις αρχίσουν να χαράζουν την επιφάνεια των δυνατοτήτων του, καθώς οι λέιζερ γίνονται πιο ισχυροί με την πάροδο του χρόνου, οι επιστήμονες θα είναι σε θέση να παράγουν περισσότερα και διαφορετικά σωματίδια από ό, τι μόνο ζεύγη ποζιτρονίων-ηλεκτρονίων. Λέει ότι η αρχική τους ανακάλυψη, αν και τυχαία, ήταν τελικά μια αναπόφευκτη επιστημονική πρόοδος.

"Αυτή η διαδικασία είναι λίγο περίεργη στο ότι, θεωρητικά, η εγκυρότητά της δεν έχει καμία αμφιβολία ότι λέει". Είναι απλά ότι στο παρελθόν δεν είχαμε κανένα τρόπο να την ανιχνεύσουμε, ενώ οι στενά συνδεδεμένες διαδικασίες η εξαφάνιση ενός ηλεκτρονίου και ενός ποζιτρονίου σε δύο φωτόνια είχαν δει πριν από δεκαετίες. Εάν δεν είχαμε δημοσιεύσει αυτό το έργο, είμαι βέβαιος ότι κάποιος σε κάποια στιγμή στο μέλλον θα είχε καταβάλει προσπάθειες να το παρατηρήσει. "

Οι ενέσεις διοξειδίου του άνθρακα μπορεί να φανούν καλύτερες από τη λιποαναρρόφηση - αλλά υπάρχει μια αλίευση

Οι ενέσεις διοξειδίου του άνθρακα μπορεί να φανούν καλύτερες από τη λιποαναρρόφηση - αλλά υπάρχει μια αλίευση

Ο γρηγορότερος καρχαρίας του κόσμου δεν ταιριάζει με ένα σάκο εύθραυστου δέρματος Hagfish

Ο γρηγορότερος καρχαρίας του κόσμου δεν ταιριάζει με ένα σάκο εύθραυστου δέρματος Hagfish

Τι είναι το «trancing» και γιατί κάνει το σκυλί μου να δρα τόσο περίεργα γύρω από τα φυτά;

Τι είναι το «trancing» και γιατί κάνει το σκυλί μου να δρα τόσο περίεργα γύρω από τα φυτά;