Ученые разработали метод создания антиматерии с использованием лазера.

Новости МирТесен

Антиматерия представляет собой необычный материал. Столкновение обычной битой с бейсбольным мячом, изготовленным из антиматерии, приведет к взрыву, сопровождающемуся вспышкой света. Встретить это вещество можно преимущественно в отдаленных регионах Вселенной, поскольку на Земле его крайне мало. Тем не менее, исследователи приблизились к возможности производства антиматерии непосредственно из воздуха посредством использования лазерного излучения.

Как они достигают этого? Электроны, двигаясь в обратном направлении, испускают свет — при этом интенсивность излучения возрастает с увеличением скорости. Эффективный метод, позволяющий добиться этого — взрывать воздействие на них мощными лазерными импульсами. В результате электроны развивают скорость, близкую к световой, что приводит к генерации пучков гамма-лучей. Гамма-лучи имеют сходство с рентгеновскими лучами, применяемыми в медицинских учреждениях или при досмотре пассажиров в аэропортах, однако обладают значительно большей энергией и характеризуются меньшими размерами: этот луч настолько тонок и остр, как игла для шитья.

Взаимодействие гамма-лучей, генерируемых электронами, может приводить к образованию пар, состоящих из материи и антиматерии, таких как электрон и позитрон. Специалисты из Лиссабонского университета предложили инновационный метод, позволяющий более результативно создавать такие пары. Итоги их исследований опубликованы в журнале American Physical Society.

«Для удержания электронов в ограниченном пространстве после излучения гамма-лучей, была создана «оптическая ловушка». Электроны удерживаются и повторно облучаются мощными лазерными импульсами, что позволяет генерировать еще больше пар частиц», — поясняет исследователь Мария Вланич.

Конструкция ловушки включает в себя четыре лазера, расположенные в одной плоскости и сфокусированные в единой точке. Пересечение этих лазерных лучей формирует двумерную волну с электрическими полями, как показано на иллюстрации. В центре этой структуры находится микроскопический объект – нанопроволока, диаметр которой в 100 раз меньше толщины человеческого волоса. Электроны извлекаются из проволоки и ускоряются до скоростей, приближающихся к скорости света. При взаимодействии с волной электроны теряют значительную часть своей энергии, испуская свет, после чего они снова получают импульс. Выделенные фотоны порождают пары электронов и позитронов, которые также оказываются в ловушке. Этот механизм способен создать плотную плазму из электронов и позитронов, что позволяет преобразовать большую часть лазерной энергии в гамма-лучи.

По словам ученого, многократное повторение этого процесса приводит к образованию новых пар частиц, формирующих так называемый каскад. Этот процесс продолжается до тех пор, пока плотность созданных частиц не достигнет определенного уровня. Исследователи предполагают, что подобные каскады могут возникать естественным образом в отдаленных областях Вселенной, например, вблизи быстро вращающихся нейтронных звезд, известных как пульсары, которые обладают чрезвычайно мощными магнитными полями – на триллионы раз сильнее, чем на Земле.

Изучение каскадов в лаборатории прольет свет на тайну астрофизической плазмы в экстремальных условиях, а лучи могут иметь промышленное и медицинское применение. Ученые уверяют в необходимости дальнейших исследований, чтобы найти более дешевые и эффективные источники для повсеместного использования.