Fizycy przeprowadzili istotny eksperyment - dotyczy materii i światła
Fizycy mają dowody, że w wyniku zderzeń fotonów może powstawać materia. Jest to wynikiem eksperymentów polegających na przyspieszaniu jonów złota do prędkości bliskiej prędkości światła.
Naukowcy badają interakcje zachodzące między cząstkami elementarnymi zderzając je ze sobą. Kiedy dojdzie do kolizji dwóch fotonów, powstaje para elektron-pozyton, której istnienie jest zgodne z teorią względności. Jest to tzw. proces Brieta-Wheelera. Korzystając z Relatywistycznego Zderzacza Ciężkich Jonów (RHIC) w Brookhaven National Laboratory, naukowcom udało się dostrzec tę reakcję.
W 1934 r. Gregory Breit i John A. Wheeler odkryli, że zderzając ze sobą dwa fotony, można stworzyć elektron i pozyton (antyelektron). Jest to najprostszy znany sposób na stworzenie materii (i antymaterii) ze światła.
- W swoim artykule Breit i Wheeler zdawali sobie sprawę, że jest to prawie niemożliwe do zrobienia. Lasery jeszcze nawet nie istniały! Ale Breit i Wheeler zaproponowali alternatywę: przyspieszanie ciężkich jonów. I ich alternatywa jest dokładnie tym, co robimy w RHIC - wyjaśnił Zhangbu Xu, fizyk z Brookhaven Lab.
Przyspieszanie jonów odnosi się do zwiększania prędkości jąder atomowych, które zostały pozbawione elektronów. Ponieważ te ostatnie mają ładunek ujemny, a pozostałe protony zawarte w jądrze atomu zachowują ładunek dodatni, sprawia to, że cięższe pierwiastki są wprost proporcjonalne do większego ładunku dodatniego, gdyż mają więcej protonów bez elektronów.
Naukowcy użyli jonów złota, które mają 79 protonów. Jest to ładunek tak silny, że po przyspieszeniu do gigantycznych prędkości jony złota wytwarzają koliste pole magnetyczne, które rywalizuje z prostopadłym polem elektrycznym w akceleratorze. Kiedy te dwa pola się przecinają, mogą prowadzić do wytworzenia fotonów.
- Kiedy więc jony poruszają się z prędkością bliską prędkości światła, wokół złotego jądra pojawia się masa fotonów, które podróżują z nim jak chmura - dodał Xu.
RHIC przyspiesza jony do prędkości relatywistycznych, co oznacza znaczny ułamek prędkości światła. W ostatnim eksperymencie jony złota zostały rozpędzone do prędkości równej 99,995 proc. prędkości światła.
Kiedy dwa jony ledwie się miną, ich chmury fotonów zaczynają oddziaływać, a nawet zderzać się ze sobą. Tych spotkań nie da się wykryć, ale powstanie pary elektron-pozyton już tak. Fotony generowane w wyniku tego oddziaływania elektromagnetycznego mają jedynie wirtualną naturę - pojawiają się i znikają, nie mają mierzalnej, "prawdziwej" masy swoich fizycznych odpowiedników. Aby spełnić warunki pełnego procesu Breit-Wheelera, dwa "prawdziwe" fotony muszą się rozbić o inną prawdziwą parę fotonów.
Istnieje jednak sposób rozróżnienia pomiędzy wirtualnymi parami elektron-pozyton, a prawdziwym procesem Breita-Wheelera: kąty pomiędzy pozytonem i elektronem w parze powstałej w wyniku zderzenia z dużą prędkością. Fizycy wykryli kilka różnych właściwości prawdziwych fotonów, w tym energię, rozkład masy i liczby kwantowe. Dla fizyków to niezwykle cenne odkrycie.
