Dobiveni parovi materije i antimaterije iz svjetlosti
Zahvaljujući energetskom režimu koji je postigao Rhic akcelerator u SAD-u i Star detektor instaliran u njemu, fizičari su uspjeli eksperimentalno provjeriti dvije fenomene predviđene teoretskom fizikom već 1930-ih: proizvodnja elektrona i pozitrona od sudara fotonih zraka i deflecije polarizirane svjetlosti u magnetskom polju u vakuumu, fenomenu.
E=mc2 Najpoznatija formula na svijetu, također poznata (ili možda, iznad svega) onima koji ne znaju svoje značenje. Pojavila se u javnosti već 1946. godine, na naslovnici časopisa Vrijeme – zlokobno otisnutu na prikaz atomske gljive – dok se sada tiskana zajedno sa simpatičnim licima na majicama ,šalicama i drugim stvarima.
Zasluge uspjeha leži u njegovoj jednostavnosti i eleganciji, što ga čini sposobnim – u samo tri smislu – za opisivanje temeljnih fizičkih fenomena.
Zahvaljujući njoj, na primjer, možemo govoriti o uvjetima ranog svemira, mjehuru inkandescenske plazme toliko vruće da se materija stalno pretvara u energiju i energiju u materiju. U to vrijeme, fotoni su bili dio same materije, zarobljeni u iskonskoj plazmi zajedno s ostalim česticama, jer su se stalno apsorbirali i ponovno emitirali. U to vrijeme, u svemiru, čestice i antičestice su proizvedene u jednakom broju, što je, kada su se sudarili, uništeno kako bi se proizvelo energiju u obliku fotona.
A ovdje, pitanje: je li suprotno – odnosno, proizvodili materiju i antimateriju iz fotona?
Teoretički fizičari govore da već 80 godina.
Sada, konačno, njihovi eksperimentalni kolege to mogu reći: na Relativističkom teškom Ion Collnderu (Rhic) – ili Relativistički Heavy Ion CollCollider, u Brookhaven National Laboratoriju u Sjedinjenim Državama – analizirano je više od 6.000 elektrona i pozitronskih parova stvorenih izravno sudarom između vrlo energičnih fotona. Ja sam Rezultati objavljuju se na Fizička pregleda pisma.
Stvaranje tvari iz svjetlosti: dva zlatna iona (Au, crvena) se kreću u suprotnom smjeru do 99,995% brzine svjetlosti. Dok iona prolaze jedni druge bez sudara, dva fotona iz elektromagnetskog oblaka koji okružuje ions mogu međusobno djelovati kako bi stvorili paru matter-antimatter: elektron (E-) i poztron (E+). Credit: Brookhaven Nacionalni laboratorij
Antimatter koji dolazi iz svjetlosti
Ideja o zajedničkom sudaru svežanja fotona, kao što smo rekli, rođena je davno. 1934., da budem precizniji, a opisala su je dva fizičara: Gregory Breit i John A. Wheeler.
Članak datira iz vremena kada laseri još nisu postojali, a prijedlog za sudar teških iona za stvaranje energije predstavljen je kao jedina alternativa, unatoč tome što se smatra tehnikom s vrlo niskom razinom izvodljivosti.
Ion je gol atom, lišen svojih elektrona. Zlatni ion, na primjer, sa svojim 79 protona, nosi snažan pozitivan naboj, toliko tako da njegovo ubrzanje vrlo visokim brzinama stvara moćnu energiju. Magnetsko polje teče oko čestice dok putuje, kao što struja teče kroz žicu. Nadalje, ako je brzina dovoljno visoka, snaga kružnog magnetskog polja može biti jednaka jačini okomitnog električnog polja: slična konfiguracija električnih i okomita magnetskih polja jednake snage je zapravo jedno.
Foton je “čestica” kvantiziranog svjetla. Dakle, kada se ioni kreću blizu brzine svjetlosti, postoji hrpa fotona oko zlatne jezgre, koji putuju s njom kao oblak.
Eksperiment predložen u 1930-ima nedavno je proveden u Rhicu: zlatni ioni su ubrzani na 99,995 posto brzine svjetlosti u dva akceleratora prstena.
Udružujući dva oblaka fotona koji se kreću u suprotnom smjeru – bez sudara iona koji ih stvaraju – lagane čestice mogu međusobno djelovat, stvarajući parove elektrona i pozitrona (antielektroni, zapravo). Mjerenje kutne i masovne distribucije provedeno s Solenoid Trackerom u Rhichu (Star) – detektor koji je sposoban mjeriti kutnu raspodjelu čestica proizvedenih u sudarima zlatnih iona koji se kreću gotovo brzinom svjetlosti – potvrdilo je da su parovi materija generirani stvarnim fotonima.
“Naši rezultati pružaju jasne dokaze o izravnoj kreaciji, u jednom koraku, o parovima matter-antimatter iz svjetlih sudara, kako su prvotno predviđali Breit i Wheeler”, kazao je.
Daniel Brandenburg, istraživač u Brookhaven Labu, je analizirao podatke koji su doveli do otkrića. “Zahvaljujući visokoenergetskoj jakoj ionskoj gredi Rhicha i visokopreciznim mjerenjima detektora zvijezde, možemo analizirati sve kinematičke distribucije kako bi se utvrdilo da su eksperimentalni rezultati u skladu s teoretskim predviđanjima stvarnih fotonskih sudara”.
Isti eksperiment nam je omogućio da po prvi put pokažemo da put svjetlosti koji putuje kroz magnetsko polje u vakuumu drukčije se savija ovisno o tome kako je svjetlo polarizirana. Ovo odstupanje ovisno o polarizaciji (poznato kao Birefringence) se javlja kada svjetlo putuje kroz određene materijale i učinak je sličan načinu na koji Dispersion Ovisnost o valnoj duljini dijeli bijelo svjetlo na duge.
Kao i kod antimaterije, teoretizacija ovog fenomena je dugotrajna. Prvi koji je predvidio da bi prazan prostor polariziran snažnim magnetskim poljem mogao skrenuti puteve fotona ovisno o njihovoj polarizaciji bili su: Werner Heisenberg i Hans Heinrich Euler Godine 1936., a zatim slijedi John Toll u 1950-ima. Apsorpcija svjetlosti magnetskim poljem ovisi o polarizaciji i njezinoj vezi s refraktivnim indeksom svjetlosti u vakuumu. Pojava birefringencija je već opažena i u mnogim vrstama kristala i nedavno je… Promatrano polarizirano svjetlo od neutronske zvijezde vjerojatno zbog interakcije s vrlo snažnim magnetskim poljem.
U slučaju Rhichog eksperimenta, foton oblak koji okružuje ione putuje u snažnom kružnom magnetskom polju proizvedenom ubrzanim ionama u drugoj zlatnoj gredi, a polarizacija svjetlosti se mjeruje raspodjelom izlaznih čestica.
“Kada pogledamo proizvode od foton interakcija do Rhicha, vidimo kako kutna raspodjela proizvoda ovisi o kutu polarizacije svjetlosti”, kaže. Chi Yang, istraživač Sveučilišta Shandong i Zvjezdani suradnik u Rhiću. To ukazuje da apsorpcija (ili prolaz) svjetlosti ovisi o njegovoj polarizaciji.’
Ovo je prvo eksperimentalno promatranje, dobiveno ovdje na Zemlji, da polarizacija utječe na svjetlosne interakcije s magnetskim poljem u vakuumu. Tehnološki napredak posljednjih godina – s mogućnošću postizanja prohibicijskih energetskih režima do nedavno – ključan je korak za proučavanje prvih trenutaka života svemira i razumijevanja fizičkih procesa koji uključuju najviše elementarnih čestica.
HOP
HOP -portal na Telegramu
