E=mc² оживает: моделирование создания материи с помощью лазерного света

к Клаус Мюллер
0 комментарий
Photon-Photon Collisions

Исследователи из Университета Осаки провели моделирование, чтобы проиллюстрировать возможность создания материи из лазерного света, что является важным достижением в области квантовой физики. Это достижение потенциально может дать представление о составе Вселенной и открыть новые принципы физики.

Команда, возглавляемая учеными из Университета Осаки и Калифорнийского университета в Сан-Диего, использовала моделирование, чтобы продемонстрировать экспериментальное генерирование материи из света — концепцию, глубоко укоренившуюся в квантовой физике. Хотя астрономические объекты, такие как пульсары, достигают этого явления, воспроизвести его в лабораторных условиях остается невозможным. Однако создание такого рода материи из света открыло бы дверь для обширного тестирования фундаментальных теорий квантовой физики и нашего понимания фундаментальной структуры Вселенной.

Их исследование, недавно опубликованное в журнале Physical Review Letters, подробно описывает условия, при которых происходят фотонные столкновения, с использованием лазеров. Простота экспериментальной установки в сочетании с ее совместимостью с доступными в настоящее время мощностями лазера делает ее многообещающим кандидатом для практической реализации в ближайшем будущем.

Фотонные столкновения, которые теоретически считаются фундаментальным механизмом создания материи во Вселенной, происходят из знаменитого уравнения Эйнштейна E=mc². Ранее исследователи косвенно генерировали материю из света, ускоряя ионы металлов, таких как золото, на чрезвычайно высоких скоростях, что приводило к образованию материи и антиматерии при их взаимодействии. Однако достижение экспериментальной генерации материи с использованием только лазерного света было сложной задачей из-за необходимости использования исключительно мощных лазеров. Поэтому исследователи приступили к моделированию этого процесса, чтобы подготовить почву для экспериментальных прорывов.

Их моделирование показывает, что под воздействием интенсивных электромагнитных полей лазеров плотная плазма может самоорганизоваться в фотонный коллайдер. Этот коллайдер содержит высокую концентрацию гамма-лучей, в десять раз превышающую плотность электронов в плазме и обладающих энергетическими уровнями в миллион раз большими, чем фотоны лазера.

В фотон-фотонном коллайдере столкновения между фотонами создают пары электрон-позитрон, при этом позитроны впоследствии ускоряются плазменным электрическим полем, генерируемым лазером. Это приводит к генерации пучка позитронов, что само по себе является значительным достижением.

Профессор Арефьев, соавтор из Калифорнийского университета в Сан-Франциско, подчеркивает, что это моделирование представляет собой первый случай ускорения позитронов посредством линейного процесса Брейта-Уиллера в релятивистских условиях, подчеркивая его экспериментальную осуществимость.

Доктор Вячеслав Лукин, директор программы Национального научного фонда США, поддержавшего исследование, подчеркивает потенциал этой работы для изучения тайн Вселенной в лабораторных условиях, особенно на мощных лазерных установках.

Хотя это исследование, возможно, еще не приблизило нас к вымышленной технологии преобразования материи и энергии из «Звездного пути», оно обещает экспериментально подтвердить наше понимание состава Вселенной и потенциально раскрыть ранее неизвестные аспекты физики.

Ссылка: «Генерация и ускорение позитронов в самоорганизованном фотонном коллайдере, вызванном сверхинтенсивным лазерным импульсом», К. Сугимото, Ю. Хе, Н. Ивата, Иллинойс. Йе, К. Тангтартаракул, А. Арефьев и Ю. Сэнтоку, 9 августа 2023 г., Physical Review Letters. DOI: 10.1103/PhysRevLett.131.065102.

Часто задаваемые вопросы (FAQ) о фотонных столкновениях

В чем главное достижение исследователей Университета Осаки в этом исследовании?

Главным достижением исследователей из Университета Осаки является моделирование условий, которые делают возможными фотонные столкновения с помощью лазеров, что потенциально открывает путь к генерации материи из света в лабораторных условиях.

Почему генерация материи из света важна в сфере квантовой физики?

Генерация материи из света важна, поскольку она соответствует одному из поразительных предсказаний квантовой физики. Он предлагает возможность проверить фундаментальные теории о составе Вселенной и принципы квантовой физики.

Как фотонные столкновения связаны с уравнением Эйнштейна E=mc²?

Теоретически фотонные столкновения являются фундаментальным средством образования материи, и эта концепция коренится в уравнении Эйнштейна E = mc², где энергия (E) может быть преобразована в материю (m).

Какие проблемы препятствовали экспериментальному получению материи из лазерного света в лабораториях?

Основной проблемой была потребность в лазерах чрезвычайно высокой мощности. Достижение необходимой интенсивности лазера для генерации материи было серьезным препятствием в лабораторных экспериментах.

Как исследователи преодолели эти проблемы в своем исследовании?

Исследователи использовали моделирование, чтобы продемонстрировать, что плотная плазма может самоорганизовываться в фотонный коллайдер под воздействием интенсивных лазерных электромагнитных полей. Этот коллайдер содержит высокую концентрацию гамма-лучей, обеспечивающих фотонные столкновения и генерацию материи.

Каково практическое значение этих исследований для будущих экспериментов?

Простота экспериментальной установки и ее совместимость с существующими мощностями лазера делают ее многообещающим кандидатом для будущей экспериментальной реализации. Это исследование открывает двери для дальнейшего изучения тайн Вселенной в лабораторных условиях.

Может ли это исследование привести к реальным приложениям, выходящим за рамки фундаментальной физики?

Хотя это исследование не имеет прямого отношения к практическому применению, оно может помочь экспериментально подтвердить наше понимание состава Вселенной и потенциально привести к новым открытиям в физике. Однако в настоящее время он не имеет прямого практического применения, помимо фундаментальных научных исследований.

Подробнее о фотонных столкновениях

Вам также может понравиться

Оставить комментарий

* Используя эту форму, вы соглашаетесь с хранением и обработкой ваших данных на этом сайте.

1ТП1Т — веб-ресурс, посвященный предоставлению актуальной информации о быстро меняющемся мире науки и технологий. Наша миссия — сделать науку и технологии доступными для всех через нашу платформу, объединяя экспертов, новаторов и ученых, чтобы поделиться своими знаниями и опытом.

Подписаться

Подпишитесь на мою рассылку, чтобы получать новые сообщения в блоге, советы и новые фотографии. Давайте оставаться в курсе!

© 2023 1ТП1Т

ru_RUРусский