E = mc². To je jedna od najosnovnijih i najosnovnijih jednadžbi u astrofizici. Ali to više od sugeriranja da su masa i energija međusobno povezane, to implicira da se svjetlost može fizički transformirati u materiju.
Ali može li se to stvarno – fizički – učiniti? Znanstvenici su teoriju predložili prije više od 80 godina, ali tek danas su utrli put da se ova transformacija rutinski izvrši na Zemlji.
Koncept zahtijeva novu vrstu foton-fotonskog sudarača. Zvuči kao znanstvena fantastika, ali bi se uz postojeću tehnologiju moglo pretvoriti u stvarnost.
'Iako je teorija konceptualno jednostavna, bilo ju je vrlo teško eksperimentalno provjeriti', rekao je glavni istraživač Oliver Pike s londonskog Imperial Collegea u priopćenje za javnost . “Uspjeli smo vrlo brzo razviti ideju sudarača, ali eksperimentalni dizajn koji predlažemo može se izvesti s relativnom lakoćom.”
Godine 1934. dvojica fizičara Gregory Breit i John Wheeler predložili su da bi trebalo biti moguće pretvoriti svjetlost u materiju razbijanjem samo dva fotona, osnovnih čestica svjetlosti, kako bi se stvorili elektron i pozitron. To je bila najjednostavnija metoda pretvaranja svjetlosti u materiju ikad predviđena, ali nikada nije opažena u laboratoriju.
Prošli eksperimenti zahtijevali su dodavanje masivnih čestica visoke energije. Iz razvoja nuklearnog oružja i fisijskih reaktora vidjeli smo da mala količina materije može proizvesti ogromnu količinu energije. Dakle, čini se da bi teorija Breita i Wheelera zahtijevala suprotan učinak: ogromne količine energije iz fotona kako bi se dobila sićušna količina materije.
Ovaj će eksperiment biti prvi po tome što ne zahtijeva dodavanje masivnih visokoenergetskih čestica. Izvodit će se isključivo od fotona.
Koncept zahtijeva korištenje lasera visokog intenziteta kako bi se elektroni ubrzali na brzinu ispod brzine svjetlosti, a zatim ih razbili u zlatnu ploču kako bi se stvorio snop fotona koji je milijardu puta energičniji od vidljive svjetlosti. U isto vrijeme, još jedna laserska zraka bi se ispucala na hohlraum - mali zlatni spremnik što na njemačkom znači 'prazna limenka' - koja bi stvorila polje zračenja s fotonima koji zuje unutra.
Početni snop fotona bio bi usmjeren u središte hohlrauma. Kad se fotoni iz dva izvora sudare, neki bi se pretvorili u parove elektrona i pozitrona. Detektor bi zatim pokupio potpise materije i antimaterije dok bi izletjeli iz spremnika.
Teorije koje opisuju interakcije svjetlosti i materije. Zasluge za sliku: Oliver Pike, Imperial College London
'Unutar nekoliko sati traženja primjene hohlrauma izvan njihove tradicionalne uloge u istraživanju fuzijske energije, bili smo zaprepašteni otkrivši da pružaju savršene uvjete za stvaranje fotonskog sudarača', rekao je Pike. 'Utrka za izvođenje i završetak eksperimenta je u tijeku!'
Demonstracija bi, ako se provede uspješno, bila nova vrsta eksperimenta fizike visoke energije. To bi dovršilo popis fizičara temeljnih načina na koje svjetlost i materija međusobno djeluju, a oba bi rekreirali proces koji je bio važan 100 sekundi nakon Velikog praska i proces vidljiv u praskama gama zraka, najmoćnijim eksplozijama u kozmosu.
The papir objavljeno je u časopisu Nature Photonics.