Брейт и Уилер нашли простейший способ превращения света в материю. Для этого нужно столкнуть два фотона (частицы света), за счет чего образуются электрон и позитрон. Такой способ существовал только на бумаге, а об испытании на практике не было и речи. В лабораториях такие опыты не проводились, поскольку для этого необходимы массивные частицы с большим запасом энергии.
Научный журнал Nature Photonics опубликовал статью о первом практическом испытании. В «фотонном коллайдере» свет преобразуется в материю по уже известной технологии с применением высокой энергии. В рамках эксперимента формируются условия, которые существовали через 100 секунд после появления Вселенной. Эти условия также наблюдаются при взрыве гамма-частиц – огромном взрыве во Вселенной, который до сих пор остается тайной для ученых.
Ученые, изучавшие термоядерную энергию, применили свои знания для теории Брейта-Уилера. Благодаря совместной работе с физиком-теоретиком из Института Макса Планка, они добились успеха.
Теоретическое описание взаимодействия материи и света. Изображение Oliver Pike с сайта imperial.ac.uk
Революционный эксперимент
Опыт, основанный на идеях Брейта-Уилера, поставит точку в теории о простейших способах взаимодействия света и материи. Шесть других теорий, включая теорию Дирака об аннигиляции электронов и позитронов (1930 года) и теорию Эйнштейна о фотоэффекте (1905 года), могут участвовать в номинации на Нобелевскую премию.
Стив Роуз, профессор с кафедры физики Имперского колледжа Лондона, сообщил: «Все ученые согласны с этой теорией. Однако ее авторы Брейт и Уилер не могли даже предположить возможность ее проверки на практике. Сегодня, 80 лет спустя, нам это удалось! Самое удивительное то, что открытие позволяет создавать материю прямо из света по технологии, доступной на сегодняшний день в Великобритании. Мы изучаем теорию и обсуждаем возможность проведения этого замечательного эксперимента по нашим разработкам».
Эксперимент с применением коллайдера состоит из двух ключевых этапов. Во-первых, понадобится очень мощный интенсивный лазер для ускорения электронов до скорости, близкой к скорости света. Затем эти электроны будут бомбардировать золотую плитку, чтобы образовался пучок фотонов с энергией в миллиард раз большей, чем энергия видимого света.
Для следующего этапа понадобится крошечный золотой сосуд, который называется «холраум» (в переводе с немецкого «пустая комната»). Вовнутрь этого сосуда направляется мощный лазер. При этом выделяется тепловое излучение и образуется свечение, напоминающее звездный свет.
Затем пучок фотонов, полученных на первом этапе эксперимента, направляется в центр сосуда. После столкновения фотонов от двух источников образуются электроны и позитроны. Обнаружить электроны и позитроны можно на выходе из сосуда.
Ведущий специалист Оливер Пайк, который в настоящее время получает степень доктора наук в области физических свойств плазмы, сообщил: «Суть теории проста, однако проверить ее на практике очень сложно. Мы очень быстро разработали идею с применением коллайдера, и наш эксперимент можно провести относительно легко на основе существующих технологий. Несколько часов поиска нетрадиционного применения «холраумов» дали свои результаты. Мы с удивлением обнаружили, что они отлично подходят для строительства фотонного коллайдера. Гонка по проведению и завершению эксперимента началась!»
