(iStock/Getty) Theoretisch sollte es möglich sein, Licht in Materie umzuwandeln. In der Praxis ist „leichter gesagt als getan“ eine Untertreibung.
Jetzt, 84 Jahre nachdem der Prozess erstmals theoretisiert wurde, gehen einige Forscher davon aus, dass sie es schaffen werden – und sind dabei, mit dem Experiment zu beginnen.
Es wird Breit-Wheeler-Prozess genannt und alles hat mit E=mc zu tun 2 .
Der Prozess wurde erstmals 1934 von zwei Physikern namens Gregory Breit und John A. Wheeler beschrieben. im Tagebuch Körperliche Überprüfung .
In ihrer Arbeit schlugen Breit und Wheeler vor, dass, wenn man zwei Photonen – Lichtteilchen – zusammenstoße, bei der Kollision ein Positron und ein Elektron entstehen würden. Du hättest Materie aus Licht erschaffen.
Das ist nicht einfach. Tatsächlich hielten Breit und Wheeler dies für unmöglich und stellten fest, dass es „aussichtslos wäre, zu versuchen, die Paarbildung in Laborexperimenten zu beobachten“.
Neuere Wissenschaftler waren etwas optimistischer, aber Versuchsaufbauten erforderten die Zugabe massiver hochenergetischer Teilchen und es wurde noch nie in einem Labor beobachtet – oder überhaupt nicht.
Im Jahr 2014 entwickelten Forscher des Imperial College London ihr Experiment, das diese hochenergetischen Teilchen überflüssig machte. Und jetzt führen sie endlich das Experiment durch.
„Dies wäre eine reine Demonstration von Einsteins berühmter Gleichung, die Energie und Masse in Beziehung setzt: E=mc.“ 2 „, das uns sagt, wie viel Energie erzeugt wird, wenn Materie in Energie umgewandelt wird“, erklärte der leitende Forscher und Professor für Physik Steven Rose .
„Was wir tun, ist dasselbe, aber umgekehrt: Photonenenergie in Masse umwandeln, d. h. m=E/c.“ 2 .'
Der Versuchsaufbau, den das Team als Photon-Photon-Collider bezeichnet, ist ein neuartiges physikalisches Experiment, bei dem zwei extrem leistungsstarke Laserstrahlen zum Einsatz kommen.
Eine davon ist etwa 1.000-mal so energiereich wie Photonen, die sichtbares Licht erzeugen; die andere hat etwa die 1.000.000 Millionen-fache Energie der Photonen sichtbaren Lichts.
Diese Laser werden verwendet, um die Photonen zu erzeugen, die zusammengeschlagen werden. In einer Targetkammer werden Elektronen auf eine Goldplatte geschossen, um einen Strahl hochenergetischer Photonen zu erzeugen.
Als nächstes wird ein zweiter Hochenergielaser in ein winziges Goldröhrchen namens a abgefeuert hohlraum um ein Wärmestrahlungsfeld zu erzeugen.
Der Photonenstrahl wird dann durch den Hohlraum geleitet und die Photonen der beiden Quellen kollidieren. Wenn es funktioniert, wird das Team in der Lage sein, geladene Positronen aus diesen Kollisionen zu erkennen.
Sie müssen die Daten jedoch äußerst gründlich prüfen, um sicherzustellen, dass die Positronen nicht aus anderen Hintergrundprozessen stammen. Aber wenn es funktioniert, wird das Experiment nicht nur um seiner selbst willen erstaunlich sein – es könnte uns auch dabei helfen, das Universum ein wenig besser zu verstehen.
„Als Gregory Breit und John Wheeler den Mechanismus 1934 erstmals vorschlugen, verwendeten sie die damals neue Theorie der Wechselwirkung zwischen Licht und Materie, die als Quantenelektrodynamik bekannt ist.“ sagte der Forscher Stuart Mangles .
„Während jede andere grundlegende Vorhersage der QED seitdem experimentell nachgewiesen wurde, wurde der ‚Zwei-Photonen-Breit-Wheeler-Prozess‘ noch nie beobachtet.“
„Wenn wir es jetzt demonstrieren können, würden wir einen Prozess nachbilden, der in den ersten 100 Sekunden des Universums wichtig war und der auch in Gammastrahlenausbrüchen beobachtet wird, den größten Explosionen im Universum und einer der größten ungelösten der Physik.“ Geheimnisse.'
Es funktioniert vielleicht immer noch nicht – aber das ist eines der wunderbaren Dinge an der Wissenschaft. Manchmal geht es darum, Dinge zusammenzuwürfeln, um daraus ein herrliches Durcheinander zu schaffen, zu sehen, was nicht funktioniert, und es beim nächsten Mal besser zu machen.
Wir warten gespannt auf die Ergebnisse. In der Zwischenzeit können Sie mehr über das Experiment in der Arbeit des Teams aus dem Jahr 2014 lesen, die in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Naturphotonik .