Физики реализовали предсказанное 80 лет назад рождение вещества при столкновении фотонов

 


Восемьдесят лет назад, в 1934 году, физики-теоретики, работавшие в Imperial's Blackett Physics Laboratory, Брейт и Уиллер, опубликовали работу, в которой обсуждалась теоретическая возможность рождения вещества (например, электрон-позитронной пары) в результате столкновения фотонов. Расчеты продемонстрировали теоретическую оправданность такого предсказания, однако авторы работы сомневались, что когда-либо явление, рассмотренное лишь на уровне теории, будет продемонстрировано в эксперименте.

Но не прошло и восьмидесяти лет, как в журнале Nature Photonics появилась статья с описанием установки для проведения именно такого эксперимента. Эксперимент состоит из нескольких этапов. Сначала мощный лазерный луч ускоряет электроны до околосветовых скоростей, затем эти электроны направляются на тонкую золотую фольгу, создавая тем самым пучок высокоэнергетических фотонов, который, на последнем этапе, направляется в специальную золотую полость. В этой полости создано особое поле излучения. Фотоны, направленные в полость, и фотоны, уже находящиеся в ней, в эксперименте в результате процесса Брейта-Уилера превращаются в пары массивных частиц — электронов и позитронов.

Математическое моделирование показало, что за одно столкновение пучков фотонов в полости может образоваться до ста тысяч пар частиц-античастиц. До этого рождение массивных частиц из фотонов наблюдалось лишь в присутствии других массивных частиц и атомного ядра. Физики считают, что придуманная ими установка фотонного коллайдера может быть вполне жизнеспособной и окажется полезной для исследования процессов, происходящих в первые минуты существования Вселенной.

Ведущий исследователь проекта, Оливер Пайк, завершающий работу над PhD-диссертацией в области физики плазмы в Imperial College London, сообщил, что, несмотря на концептуальную простоту теории, реализация эксперимента не была столь очевидной и потребовала изобретательности в создании установки. Краткое описание работы опубликовано на сайте Phys.org.