Мощни лазери ще създават материя от вакуум

Физиците са все по близо до изграждането на лазери, достатъчно мощни, за да откъснат от вакуума материя, съобщава Live Science.

От над 11 десетилетия знаем, че материята и енергията са взаимозаменяеми. Развитието на ядрената енергетика ни показа, че материята може да се преобразува в енергия, но превръщането на енергията в материя за момента е много по-трудно.

За тази цел се планират и изграждат в няколко различни страни най-мощните, невиждани досега, лазери. Учени от цял свят работят за реализирането на прогноза, публикувана в списание Physical Review Letters през 2010 г. от екип от американски и френски физици, че достатъчно мощен лазер може да предизвика появата на електрони от вакуума.

Може да изглежда странно да се появят електрони от празно пространство. Но според квантовата електродинамика "празното" пространство, не е никак празно, а по-скоро се състои от плътно разположени двойки от материя и антиматерия. Тези двойки плътно запълват пролуките между всичко, но просто не си взаимодействат по някакъв забележим начин с останалата част от Вселената, защото се неутрализират взаимно. 

Идеята е с мощни импулси енергия от лазери да се отделят електроните от техните антиматерийни близнаци, позитроните, така че да могат учените да изследват създадената материя.

^{Процесът Breit-Wheeler е физически процес, при който се създава една двойка позитрон - електрон при сблъсък на два фотона. Това е най-простият механизъм, чрез който чиста светлина може потенциално да се трансформира в материя. Wikimedia Commons}

Три проекта са на върха на списъка, изготвен от списание Science. Това са китайският Station Extreme Light (SEL), руският Exawatt Center for Extreme Light Studies (XCELS) и на американското Министерство на енергетиката Optical Parametric Amplifier Line (OPAL).

Тези три лазера са планирани да счупят сегашния рекорд за мощност на лазер, което е 5,3 петавата  (PW) или 5.3 квадрилиона вата (1 квадрилион е единица с 15 нули) и получен от Руксин Ли (Ruxin Li) и колегите му от лазера в Шанхай Superintense Ultrafast Laser Facility (SULF). Ли работи също по проекта SEL и се надява, че до 2023 г. екипът му да постигне целта за лазер с мощност 100 PW. Това е около 50 000 пъти общото потребление на енергия на планетата и светлина, толкова силна, че ще бъде равна на сумата от енергията, която нашата Земя получава от Слънцето. 

Във физиката уравнението за мощност е енергията, разделена на времето. Чрез намаляване на времето за квадрилионна от секундата, учените могат да създадат огромна мощност с малко енергия. "Station Extreme Light ще се превърне в уникална и ценна платформа за учените от цял ​​свят, от физици  до лекари, които да си сътрудничат и да изследват", коментира Ли.

Руският инструмент е все още във фазата на проектиране на разработване, но е по-амбициозен в своята цел. Изследователите се надяват, с него да постигнат 180 PW. И SEL, и XCELS се очаква да работят на един и същи принцип. Те ще изстрелват поредица от импулси (четири 30-PW импулса за SEL и дузина 15-PW импулса за XCELS) и ще ги комбинират в един изключително мощен.

Science Mag съобщава, че този подход изисква изключителна прецизност и дори най-малката вибрация или температурна разлика могат да окажат отрицателно влияние на такъв мощен лазерен импулс. Поради тази причина, OPAL ще работи по различен начин. Предвидено е да  достигне 75 PW с един импулс.

Една от основните цели е с помощта на лазерите да се разгадаят "странните квантови свойства на празното пространство, които озадачават учените в продължение на повече от 80 години", коментира Ли. "Обикновено вакуумът се разглежда като напълно празен, но в квантовата електродинамика, той всъщност пълен с виртуални частици, които се появяват и изчезват постоянно", обяснява физикът. "Но едно изключително силно електромагнитно поле може да повлияе на това пространство, когато преминава светлина през него. Вакуумът всъщност може да се държи като призма, или 3-D очилата за филми".

Начинът, по който се очаква SEL да направите това е много интересен. Лазерът ще удари хелий и ще освободи електрони. Някои от фотоните светлина ще рикошират от електроните и след това ще се сблъскат с други фотони, създавайки двойки частици - античастици.

Ако SEL успее да разкъса вакуума, това може да промени начина, по който подхождаме към физиката на елементарните частици. Традиционните ускорители на частици може да се заменят с по-бързи и по-евтини ускорители, задвижвани с лазери.

Още по темата

01/11/2017

Физика

Лазер, разработен по български патент, показа движението на отделните електрони

27/06/2017

Физика

Лазер с яркостта на милиард слънца разкри ново поведение в светлината

02/06/2017

Физика

Мощен лазер превърна атом в "черна дупка"

05/05/2017

Физика

Най-мощният рентгенов лазер в света произведе първия си изстрел