Физики попытаются создать антиматерию
Новое исследование ученых продемонстрировало, как из света возникает антиматерия. Группа физиков показала, что высокоинтенсивные лазеры могут быть использованы для генерации сталкивающихся гамма-фотонов - самых энергичных длин волн света - для получения электрон-позитронных пар.
Утверждается, что теперь мы можем разобраться в физической природе наиболее экстремальных объектов Вселенной - нейтронных звезд.
Создание пары частиц материи-антиматерии - электрона и позитрона - из фотонов называется процессом Брайта-Уиллера, и его чрезвычайно трудно осуществить экспериментально.
Вероятность того, что он произойдет при столкновении двух фотонов, очень мала. Чтобы максимально увеличить шансы наблюдения, нужны фотоны очень высокой энергии, или гамма-лучи, короче, много фотонов.
У нас пока нет возможности построить гамма-лазер, поэтому фотон-фотонный процесс Брайта-Уиллера в настоящее время остается экспериментально недостижимым. Но группа физиков под руководством Ютонга Хе из Калифорнийского университета в Сан-Диего предложила новый обходной путь, который, согласно их моделированию, является рабочим.
Он состоит из пластикового блока, на котором вырезан узор из пересекающихся каналов микрометрового диапазона. Два мощных лазера, по одному с каждой стороны блока, обстреливают эту цель сильными импульсами.
"Когда лазерные импульсы проникают в образец, каждый из них ускоряет облако чрезвычайно быстрых электронов», - говорит физик Тома Тончиан из исследовательской лаборатории Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf в Германии.
"Затем эти два электронных облака устремляются друг к другу с полной силой, взаимодействуя с лазером, распространяющимся в противоположном направлении".
Результирующее столкновение настолько энергично, что порождает облако гамма-фотонов. Такие гамма-фотоны, по идее, должны столкнуться друг с другом и произвести электрон-позитронные пары, говорят исследователи. В соответствии с общей теорией относительности Эйнштейна, естественно.
Что еще более интересно, сам процесс теоретически порождает мощные магнитные поля, которые группируют позитроны (а не электроны) в сильно ускоренные струйные пучки. На расстоянии всего 50 микрометров, как обнаружили исследователи, ускорение должно увеличить энергию частиц до одного гигаэлектронвольта.
Используя сложное компьютерное моделирование, физики проверили свою модель и обнаружили, что она должна работать даже при использовании менее мощных лазеров, чем думалось ранее.
Коллимация и ускорение позитронного пучка не только улучшит скорость обнаружения частиц, но и поспособствует обнаружению частиц, испускаемых сильно намагниченными, быстро вращающимися пульсарами.
Физики считают, что процессы, происходящие вблизи нейтронных звезд и пульсаров, приводят к образованию облаков гамма-излучения, аналогичное экспериментальному.
"Такие процессы, вероятно, происходят, в частности, в магнитосфере пульсаров", - говорит физик Алексей Арефьев из Калифорнийского университета в Сан-Диего.
"С помощью нашей новой концепции такие явления могут быть смоделированы в лаборатории, по крайней мере, в некоторой степени, что позволит нам лучше понять их".
Предварительные испытания на европейской рентгеновской лазерной установке XFEL должны показать, генерируется ли магнитное поле, как предсказывает моделирование.
В конечном итоге, команда надеется, что их эксперимент пройдет на недавно открытой установке по ядерной физике Extreme Light Infrastructure в Румынии, которая имеет два мощных короткоимпульсных лазера.