英科學家找到“光變物質”的簡單方法并模擬成功
來源：中國科技網-科技日報作者：常麗君2014年05月20日 01:08
[導讀] 科學家布雷特和惠勒1934年提出,如果讓兩個光子通過撞擊結合在一起,有可能變成物質,形成電子和正電子——這是最簡單的“光變物質”方法。
科學家找到“光變物質”的簡單方法
科技日報訊 （記者常麗君）科學家布雷特和惠勒1934年提出，如果讓兩個光子通過撞擊結合在一起，有可能變成物質，形成電子和正電子——這是最簡單的“光變物質”方法。但他們也認為這只是理論，從未想過有人能實際證明這一預測。目前能把光變成物質的實驗都伴有大量高能粒子，純光變物質的布雷特-惠勒正負電子對從未在實驗室里被觀察到過。
最近，英國倫敦帝國學院與德國馬克思·普朗克研究所物理學家合作提出了證實這一理論的一個非常簡單方法，并模擬成功。相關論文發表在最近出版的《自然·光子學》上。
倫敦帝國學院物理系教授史蒂夫·羅斯說：“布雷特和惠勒首次提出這一理論時，雖然所有物理學家都相信它是真的，但從未在實驗室里被證明。在80年后的今天，我們確實找到了利用現有技術即可驗證這一理論的簡單方法。現在我們把這個方法公布出來，大家就能用我們的方法去實踐這一里程碑式的實驗。”
物理學家組織網5月19日（北京時間）的報道稱，研究小組提出對撞實驗涉及兩個關鍵步驟：第一步，先用極強激光把電子加速到接近光速，然后把這些電子發射到一塊金板上，生成一束高能光子，這些光子的能量是可見光的10億倍；下一步，用一個很小的金空腔作黑體輻射，他們向金空腔內表面發射高能激光，產生熱輻射場，從而產生類似于恒星發出的光。然后，他們讓第一步實驗產生的高能光子直接進入空腔中心，讓這不同來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空腔時，就可能檢測到它們。根據蒙特卡洛模擬顯示，該系統一次發射能產生大約10萬個布雷特-惠勒對。
首席研究員、等離子物理學在讀博士奧利弗·派克說：“雖然這一理論聽起來簡單，要想實驗證明卻非常困難。我們能很快想出對撞的方法，但還要提出能用現有技術來實現的實驗設計。我們發現黑體輻射空腔不僅能研究聚變能量，還為創造光子對撞機提供了完美條件。”
研究人員還指出，這一成果不僅第一次實驗證明了布雷特和惠勒的理論，而且這種“光子—光子對撞機”能利用現有技術把光直接變成物質，代表了新型高能物理實驗的進步，這種實驗能再現宇宙形成的最初100秒內的重要過程，表現伽馬射線爆發，這也是宇宙中最大的爆發和物理學中最大的未解之謎。
總編輯圈點
一個電子湊近一個正電子，它倆會同歸于盡，一瞬間放出強光。能不能反其道而行之，讓強能量的光聚攏到一點，憑空制造出一正一反兩個電子呢？道理上說得通，實現起來可太難了。炸藥變成熱氣和煙塵是很自然的，但擠壓熱氣和煙塵去制造炸藥……簡直無法想象。歐洲科學家此次的貢獻，是設計了一種集中光子能量的器皿方案。這種新器皿，與一圈圈加速粒子的對撞機不是一回事。它更像是蛐蛐罐，或者斗牛場，讓鉚足了勁的一束光子沖進去挑戰地頭蛇，并且撞出火花。如果哪個實驗室實現了這個方案，一定能開辟高能物理的新天地——它至少比對撞機省電多了。
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