Главная Новости Физики пояснили, как из света можно произвести антиматерию

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.

Электрон-позитронная пара

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.

Как производится антиматерия - эксперимент

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.

Лазеры высокой интенсивности, ускоряющие гамма-излучение

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.

Дата: 2021-07-27

Автор: Всеволод Гордиенко

Поделиться с друзьями: