Физики придумали, как превратить свет в материю

Брейт и Уилер предположили, что столкновение двух фотонов приведёт к созданию пары электрон-позитрон — этот мысленный эксперимент получил название процесса Брейта-Уилера. Учёные говорили, что они и не надеются, что кто-либо проверит их теорию в лаборатории, поскольку для эксперимента требуется также участие массивных частиц высоких энергий.

Новое исследование, результаты которого были опубликованы в журнале Nature Photonics, демонстрирует, как процесс Брейта-Уилера можно проверить на практике. Учёные утверждают, что коллайдер для двух единичных фотонов станет новым типом эксперимента физики высоких энергий. В ходе такого опыта можно будет изучить процессы, протекавшие в первые 100 секунд существования Вселенной, в том числе и гамма-вспышки, которые до сих пор считаются одной из величайших неразгаданных тайн космоса.

Авторы нового исследования утверждают в пресс-релизе, что открытие было сделано почти случайно, поскольку они изначально занимались теориями, никак не связанными с процессом Брейта-Уилера.

"Сегодня в Великобритании мы уже имеем возможность экспериментально доказать теорию Брейта-Уилера, а ведь 80 лет назад это казалось почти невозможным. Наши исследователи разработали теоретическое описание эксперимента, и мы уже ведём переговоры с экспериментаторами, способными воплотить идею в жизнь", — рассказывает Стив Роуз (Steve Rose), заведующий кафедрой физики в Имперском колледже Лондона.

Эксперимент состоит из двух ключевых этапов. Сначала учёные будут использовать лазер высокой интенсивности, чтобы разогнать электроны до скорости близкой к световой. Затем эти электроны будут направлять в мишень — золотую пластинку — чтобы создать пучок фотонов, энергия которых будет в миллиард раз выше, чем у видимого света.

На следующем этапе будет использована крошечная золотая банка — так называемый хольраум. Высокоэнергетический лазер будет стрелять по внутренней поверхности хольраума для создания теплового излучения. Таким образом появится свет, похожий на тот, что излучают звёзды.

Затем пучок фотонов из первого этапа эксперимента направят на центр хольраума, в результате чего фотоны из двух источников будут сталкиваться друг с другом и образовывать пары электронов и позитронов. Эти пары можно будет засечь детектором на выходе из хольраума.

"Ключевой идеей нашего исследования является использование хольраума для нетрадиционных целей. Обычно он применяется в исследования энергии синтеза, но мы решили взять его для создания фотонного коллайдера", — говорит ведущий автор исследования Оливер Пайк (Oliver Pike).

По словам британских физиков, эксперимент будет поставлен в самое ближайшее время. Всех существующих технологий достаточно для проведения данного опыта. Осталось только найти оптимальную лабораторию и команду экспериментаторов.