Физики разработали эксперимент по превращению света в материю

Группа ученых во главе с физиками из Университета Осаки и Калифорнийского университета в Сан-Диего недавно смоделировала столкновения фотонов с использованием лазеров. Их результаты показывают, что такие столкновения должны приводить к рождению пар электронов и позитронов. Затем позитроны — античастицы для электронов — могут быть ускорены электрическим полем лазера для получения пучка позитронов.

Мы считаем, что наша идея экспериментально осуществима, и с нетерпением ждем ее практической реализации.

— Алексей Арефьев, физик из Калифорнийского университета в Сан-Диего и соавтор статьи

Как отмечается в пресс-релизе, экспериментальная установка возможна при существующих на данный момент лазерных мощностях. С помощью моделирования исследователи протестировали потенциальные схемы эксперимента и нашли убедительный вариант. Так называемый фотон-фотонный коллайдер использует процесс Брайта-Уилера для получения материи, то есть уничтожает гамма-излучение с образованием электрон-позитронных пар.

Некоторые экстремальные физические процессы — там, где рождаются и умирают звезды и останавливается время — существуют в далеких уголках космоса. В 2021 году другая группа исследователей выдвинула предположение, что в центрах нейтронных звезд, представляющих собой чрезвычайно плотные остатки звездной жизни, может происходить похожая динамика, при которой частицы темной материи преобразуются в фотоны.

Вращающиеся нейтронные звезды называются пульсарами, и их высокоэнергетическая среда — то место, где может генерироваться материя из света. Пульсары могут вращаться тысячи раз в секунду, испускать гамма-излучение и обладают одними из самых сильных известных магнитных полей, согласно данным NASA.

Пульсары также служат полезным инструментом для измерения гравитационных волн в космосе. В начале этого года пять различных коллабораций, занимающихся пульсарными хронометражными решетками, обнаружили то, что, по их мнению, является первым наблюдением гравитационно-волнового фона — фактически непрерывного фона гравитационных волн, колеблющих пространство-время на практически неуловимом уровне.

Хотя наблюдать все тонкости работы пульсаров на расстоянии сложно, физики могут попытаться смоделировать их работу.

Это исследование показывает потенциальный способ изучения тайн Вселенной в лабораторных условиях. Будущие возможности сегодняшних и завтрашних лазерных установок высокой мощности только что стали еще более интригующими.

Данный эксперимент мог бы предоставить способ заглянуть в структуру Вселенной, переместив некоторые дальние физические процессы намного ближе к дому. Но для этого эксперимент действительно нужно будет построить.