Konačno znamo kako iz svjetlosti stvoriti materiju!

Još davne 1934. godine američki znanstvenici Gregory Breit i John Wheeler predstavili su ideju prema kojoj bi u sudaru dva fotona svjetlosti mogle nastati dvije čestice – elektron i pozitorn (antičestica elektrona). Svoje ideje potkrijepili su uvjerljivim teorijskim izračunima, međutim nikada nisu očekivali da će ih itko uspjeti realizirati u praksi. 

Hipotezu do danas nisu potvrdila ni laboratorijska promatranja niti eksperimentalni pokušaji, a mnogi su znanstvenici smatrali da nikada ni neće.

Međutim, u novoj studiji predstavljenoj u časopisu Nature Photonics trojica fizičara iz Imperial’s Blackett Physics Laboratoryja i Max Planck Institute for Nuclear Physics uspjeli su dokazati da se Breit-Wheelerova teorija može ostvariti u praksi i to s tehnologijom koja je već dostupna, prenosi tportal.

– Mada su svi fizičari prihvatili da je teorija točna, kada su je Breit i Wheeler prvi put predstavili, nitko nikada nije očekivao da će se moći potvrditi u laboratoriju. Danas, 80 godina kasnije, dokazali smo da su bili u krivu. Ponajviše nas je iznenadilo otkriće da možemo izravno stvoriti materiju iz svjetlosti uz pomoć tehnologije kakvu već imamo u Velikoj Britaniji. Budući da smo teoretičari, pozivamo eksperimentalce da upotrijebe naše ideje i ostvare ovaj ključni eksperiment – rekao je profesor Steve Rose s Odsjeka za fiziku na Imperial Collegeu u Londonu.

Dokaz u dvije faze

Eksperiment koji je osmislio tim sastoji se od dva ključna koraka. U prvom bi znanstvenici izuzetno moćnim laserom ubrzali elektrone do brzina tek neznatno manjih od brzine svjetlosti. Potom bi te elektrone ispalili u zlatnu šipku kako bi stvorili zraku fotona milijun puta veće energije od vidljivog svjetla.

U drugoj fazi eksperimenta fizičari bi moćnim laserom ispalili zraku u unutrašnju površinu zlatne kutije kako bi stvorili polje toplinskog zračenja, a time i svjetlost sličnu onoj koju zrače zvijezde. Zraku fotona stvorenu u prvoj fazi eksperimenta trebalo bi usmjeriti kroz središte kutije kako bi se fotoni iz dva različita izvora sudarili i stvorili elektrone i pozitrone. Konačno, kada oni izađu iz kutije, bilo bi ih moguće detektirati.

 – Iako je teorija konceptualno jednostavna do sada ju je bilo vrlo teško eksperimentalno potvrditi. Mi smo vrlo brzo uspjeli razviti ideju o sudaraču, a eksperimentalni dizajn koji predlažemo može se relativno lako izvesti s postojećom tehnologijom… Sada počinje utrka da se eksperiment dovrši – rekao je voditelj istraživanja Oliver Pike.

Eksperiment bi trebao biti još jedna zorna potvrda predviđanja teorije koja je poznata kao kvantna elektrodinamika te Einesteinove jednadžbe E=mc2. Teoretičari očekuju da bi se eksperiment mogao uspješno ostvariti za manje od godine dana. Ako uspije, omogućit će nova istraživanja ponašanja subatomskih čestica. 

Andrei Seryi, direktor John Adams Instituta na Oxford Universityju kaže kako je zadivljujuće znati da se stvari koje ranije nismo smatrali povezanima, poput materije i energije ili čestica i svjetlosti mogu pretvarati jedna u drugu.

– Hoćemo li u budućnosti moći pretvarati energiju u vrijeme i obratno? – zapitao se fizičar.