科學(xué)家找到“光變物質(zhì)”的簡(jiǎn)單方法

【摘要】科學(xué)家布雷特和惠勒1934年提出，如果讓兩個(gè)光子通過(guò)撞擊結(jié)合在一起，有可能變成物質(zhì)，形成電子和正電子——這是最簡(jiǎn)單的“光變物質(zhì)”方法。但他們也認(rèn)為這只是理論，從未想過(guò)有人能實(shí)際證明這一預(yù)測(cè)。目前能把光變成物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)都伴有大量高能粒子，純光變物質(zhì)的布雷特-惠勒正負(fù)電子對(duì)從未在實(shí)驗(yàn)室里被觀察到過(guò)。

    科學(xué)家布雷特和惠勒1934年提出，如果讓兩個(gè)光子通過(guò)撞擊結(jié)合在一起，有可能變成物質(zhì)，形成電子和正電子——這是最簡(jiǎn)單的“光變物質(zhì)”方法。但他們也認(rèn)為這只是理論，從未想過(guò)有人能實(shí)際證明這一預(yù)測(cè)。目前能把光變成物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)都伴有大量高能粒子，純光變物質(zhì)的布雷特-惠勒正負(fù)電子對(duì)從未在實(shí)驗(yàn)室里被觀察到過(guò)。

    最近，英國(guó)倫敦帝國(guó)學(xué)院與德國(guó)馬克思·普朗克研究所物理學(xué)家合作提出了證實(shí)這一理論的一個(gè)非常簡(jiǎn)單方法，并模擬成功。相關(guān)論文發(fā)表在最近出版的《自然·光子學(xué)》上。

    倫敦帝國(guó)學(xué)院物理系教授史蒂夫·羅斯說(shuō)：“布雷特和惠勒首次提出這一理論時(shí)，雖然所有物理學(xué)家都相信它是真的，但從未在實(shí)驗(yàn)室里被證明。在80年后的今天，我們確實(shí)找到了利用現(xiàn)有技術(shù)即可驗(yàn)證這一理論的簡(jiǎn)單方法?，F(xiàn)在我們把這個(gè)方法公布出來(lái)，大家就能用我們的方法去實(shí)踐這一里程碑式的實(shí)驗(yàn)?！?/P>

    物理學(xué)家組織網(wǎng)5月19日（北京時(shí)間）的報(bào)道稱，研究小組提出對(duì)撞實(shí)驗(yàn)涉及兩個(gè)關(guān)鍵步驟：第一步，先用極強(qiáng)激光把電子加速到接近光速，然后把這些電子發(fā)射到一塊金板上，生成一束高能光子，這些光子的能量是可見(jiàn)光的10億倍；下一步，用一個(gè)很小的金空腔作黑體輻射，他們向金空腔內(nèi)表面發(fā)射高能激光，產(chǎn)生熱輻射場(chǎng)，從而產(chǎn)生類似于恒星發(fā)出的光。然后，他們讓第一步實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的高能光子直接進(jìn)入空腔中心，讓這不同來(lái)源的兩束光子撞在一起，形成電子和正電子。在電子和正電子離開(kāi)空腔時(shí)，就可能檢測(cè)到它們。根據(jù)蒙特卡洛模擬顯示，該系統(tǒng)一次發(fā)射能產(chǎn)生大約10萬(wàn)個(gè)布雷特-惠勒對(duì)。

    首席研究員、等離子物理學(xué)在讀博士奧利弗·派克說(shuō)：“雖然這一理論聽(tīng)起來(lái)簡(jiǎn)單，要想實(shí)驗(yàn)證明卻非常困難。我們能很快想出對(duì)撞的方法，但還要提出能用現(xiàn)有技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。我們發(fā)現(xiàn)黑體輻射空腔不僅能研究聚變能量，還為創(chuàng)造光子對(duì)撞機(jī)提供了完美條件。”

    研究人員還指出，這一成果不僅第一次實(shí)驗(yàn)證明了布雷特和惠勒的理論，而且這種“光子—光子對(duì)撞機(jī)”能利用現(xiàn)有技術(shù)把光直接變成物質(zhì)，代表了新型高能物理實(shí)驗(yàn)的進(jìn)步，這種實(shí)驗(yàn)?zāi)茉佻F(xiàn)宇宙形成的最初100秒內(nèi)的重要過(guò)程，表現(xiàn)伽馬射線爆發(fā)，這也是宇宙中最大的爆發(fā)和物理學(xué)中最大的未解之謎。