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科学家找到把光转化为物质的方法

时间:2019-03-22|栏目: 天文 • 物理 |点击:8

    科学家找到把光转化为物质的方法

    图片注释:它应该可以再现宇宙中规模最大的爆炸过程——伽玛暴。

    该构想已经发表在《自然光子学》上。它利用了聚变研究中现有的技术,英国有多家机构已经具备足够的条件去实现它。

    现在或许已经有几个科研战略地开始了这场赛跑——史上第一次把光子转化为电子与正电子的实验。

    这样一来80年前Breit和Wheeler所提出的那个著名理论便可以得到证实——尽管他们当时认为人类不可能找到证明的实质性办法。

    如今这个现实可行的证明方法来自于伦敦帝国理工学院的研究者们。

    Steven Rose教授和他的博士生Oliver Pike告诉BBC:不到一年这就会成为现实。

    Pike说,“对于一个出色的实验团队来说,这是相当可行的。”

    假如这个实验取得成果,那么自从1905年Einstein把光当做粒子提出光电效应以来,有关光与物质基本相互作用形式的谜团将会拼上最后一块拼图。

    科学家找到把光转化为物质的方法

    图片注释:描述光与物质基本相互作用的理论

    图片来源:Oliver Pike,帝国理工学院

    其他几种光与粒子的基本相互作用形式都已经相继被实验证实,包括Dirac在1930年提出的:电子与其反物质——正电子对撞湮灭并产生两个光子。

    而Breit和Wheeler的理论预言与Dirac这个刚好相反,他们所预测的是:两个光子碰撞湮灭并产生物质粒子(一个正电子和负电子)。但这个预测相当难以观测到。

    “之所以很难在实验室中看到,是因为任何两个光子之间的互换概率很小,于是你需要把一大堆的光子聚集在一起,”Rose教授解释说。

    他的团队提出这么一种收集大量高能光子的方法:通过使一束高强度伽马射线轰击一个微型金线圆柱中的光子云。

    那个圆柱体被称为“黑体辐射空腔”(Hohlraum,德语,意思是中空的空间),因为它内部是一个真空腔,常被用于核聚变研究。囚禁在这空腔里面的光子云来自于太阳般高温的高强X射线。

    科学家找到把光转化为物质的方法

    图片注释:让伽马射线(图中白色光束)轰击黑体真空腔中的X射线光子云,以产生正电子与电子(红色与蓝色)。

    利用高强伽马射线轰击这团稠密的光子,光子对撞产生物质的概率将会提高——还有创造历史的几率!

    “这太神奇了,”Pike先生说。最初他与同事在喝咖啡的时候在稿纸上草草写下了这个方案,但一时间竟没意识到它的价值。

    “在那以后的大约12个小时之内,我们都没有充分意识到这个构思的重要性。”

    但他们接下来的计算则展示出了这个理论构想的巨大威力——足以解决1930年Breit和Wheeler所提出的难题。

    “所有需要的东西我们都已经有了,”已经从帝国理工学院光荣退休的教授Peter Knight爵士很赞赏这个方案,并评价这是一个“相当聪明的想法”。他没有参与该研究。

    “我认为很多研究者会开始认真涉足这个实验,”Knight教授告诉BBC新闻说。同时他还谨慎地告诫:当把理论想法付诸实验时,还会有更多的考验。

    “假如真的在一年内搞定的话,他们当真牛掰!但我觉得这或许需要更长的一段时间。”

    一些良性的科学竞争或许可以加速这个过程。

    目前至少有三家机构已经具备必要的设备来检验这个新想法,其中包括奥尔德姆郡的AWE(Atomic Weapons Establishment,英国原子武器研究中心)。

    Pike先生说:“展开并完善这个实验的赛跑已经开场了。”(翻译:朱国毅)

    原文链接:https://www.bbc.com/news/science-environment-27470034

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