Физики из Imperial College London сообщили о возможности проведения эксперимента, в котором свет превратится в вещество. Это может стать подтверждением теоретической модели, разработанной Грегори Брейтом и Джоном Уилером в 1934 году.
Брейт и Уилер разработали теорию процесса рождения электрон-позитронной пары при столкновении двух фотонов. Однако они не предполагали реальной демонстрации такого процесса, так как не существовало способа придать фотону необходимую энергию.
В работе, опубликованной в Nature Photonics, впервые описан способ, при помощи которого теория Брейта и Уилера может быть доказана на практике. Это «фотонный коллайдер», который будет преобразовывать свет в вещество, используя уже существующую технологию, в ходе нового типа физических экспериментов с высокими энергиями. Эксперимент позволит воссоздать процесс, сыгравший важную роль в первые 100 секунд существования Вселенной и проявляющийся также в гамма-всплесках, которые являются не только самыми большими взрывами во Вселенной, но и одной из величайшим неразгаданных тайн физики.
Ученые занимались расследованием, не связанным с термоядерной энергией, но поняли, что их работа может быть применена к теории Брейта-Уилера. Прорыв был достигнут в сотрудничестве с физиком-теоретиком из Института ядерной физики Макса Планка, который посетил Imperial College London.
Эксперимент, подтверждающий гипотезу Брейта-Уилера завершит формирование физической теории, которая описывает основные способы взаимодействия света и вещества.
Профессор Стив Роуз с кафедры физики Imperial College London, сказал:
«Несмотря на то, что научное сообщество приняло их теорию, Брейт и Уилер говорили, что не ожидают наглядной демонстрации описанного процесса в лаборатории. Сегодня, почти 80 лет спустя, мы доказали их неправоту. Удивительно, но мы обнаружили способ создания вещества из света, основанный на доступных технологиях. Поскольку мы теоретики, мы ведем переговоры с теми, кто может использовать наши идеи для проведения этого знаменательного эксперимента».
Предложенный эксперимент включает в себя два основных этапа. Во-первых, ученые будут использовать очень мощный лазер высокой интенсивности, чтобы ускорить электроны до скорости, чуть ниже скорости света. Эти электроны будут направлены в золотую плиту, что создаст пучок фотонов, несущий энергию, в миллиард раз превышающую энергию видимого света.
Следующий этап эксперимента предполагает создание крошечного золотого резервуара. Ученые будут направлять лазерный луч большой интенсивности на внутреннюю поверхность резервуара, что создаст поле теплового излучения и сгенерирует свет, подобный излучаемому звездами.
Затем они направят фотоны от двух источников навстречу друг другу, с тем, чтобы столкнувшись, они образовывали электроны и позитроны.
Ведущий исследователь Оливер Пайк, сказал: «Хотя теория концептуально проста, ее было очень трудно проверить экспериментально. Мы смогли создать идею коллайдера очень быстро. Мы предлагаем, что эксперимент может быть проведен относительно легко при современном уровне развития технологий. Мы несколько часов искали способы применения золотых резервуаров за пределами их традиционной роли в энергетических исследованиях синтеза, и с удивлением обнаружили, что они предоставляют идеальные условия для создания фотонного коллайдера».