С помощью моделирования учёные полагают, что в лабораторных условиях можно создавать материю, применяя только лазеры. Наличие мощностей лазеров, доступных сегодня, позволит добиться условий для столкновений фотонов — основного механизма образования материи во Вселенной. Эксперименты, запланированные на основе этого исследования, могут помочь проверить разные теории о составе Вселенной.
Согласно уравнению Эйнштейна, энергия равна массе, умноженной на квадрат скорости света (E=mc²), материя может создаваться только из света. Такой результат можно получить при столкновении фотонов, когда ионы металлов, например золота, разогнаны до огромных скоростей. Ускорение позволит ионам окружать себя фотонами. Столкновения этих фотонов будут порождать материю и антиматерию, как во время Большого взрыва.
Явление ранее наблюдалось в пульсарах, но из-за высокой мощности лазеров его никогда не проводили в лабораторных условиях. Исследователи из Университета Осаки и Калифорнийского университета в Сан-Диего предполагают возможность реализации этого с помощью простой конфигурации и существующих лазеров. Эксперимент доказывает возможность проведения фотон-фотонных столкновений при существующих мощностях лазеров.
Проще проводить эксперименты
Исследование показало, что при взаимодействии с сильным электромагнитным полем, создаваемым лазером, плазма способна самоорганизоваться и сформировать коллайдер для фотонов. В процессе генерируются мощные гамма-лучи, плотность которых в 10 раз выше, чем у электронов в исходной плазме. Энергия этих лучей в миллион раз превышает энергию лазерных фотонов.
Фотоны взаимодействуют, образуя пары электронов и позитронов. Позитроны ускоряются электрическим полем плазмы, формируя пучок позитронов с энергией гигаэлектронвольт. Ускоритель будет состоять из поля плазмы, а не лазера. Это открывает возможность образования материи и антиматерии, в том числе субатомных частиц, из которых они состоят.
В настоящей работе исследован протокол моделирования, основой которого является либо линейный процесс Брайта-Уилера, либо двухфотонный процесс. Это первый симуляция ускорением позитронов при помощи линейного процесса Брайта-Уилера в релятивистской среде. — говорит в сообщении для прессы соавтор исследования Алексей Арефьев из Калифорнийского университета в Сан-Диего.
Процесс Брейта-Уилера — физический процесс, при котором позитронно-электронная пара создается из двух фотонов. Это самый простой механизм превращения света в материю. В линейном процессе Брейта-Уилера энергичные гамма-лучи аннигилируют (превращая массу в энергию), образуя пары электрон-позитрон. Для нелинейного процесса требуется интенсивность лазерного излучения, превышающая 10… 23Если для одного фотонного процесса требуется интенсивность в несколько ватт на квадратный сантиметр, то для двухфотонного процесса такой интенсивности не требуется, так как его эффективность больше зависит от плотности гамма-излучения.
Использование лазерной энергии, близкой к реальным величинам, может упростить эксперименты по созданию материи. Предложение представляется нам осуществимым, ожидание реализации его в практическом плане захватывает. — Говорит Вячеслав Лукин, директор программы Национального научного фонда США, поддерживающего работу. По окончании экспериментов можно будет проверить имеющиеся теории, например, теорию темной материи, и может быть открыты новые физические явления.