Ученые-физики из Имперского колледжа в Лондоне готовятся к проведению ряд экспериментов, целью которых является подтверждение одной из теорий, выдвинутой 84 года назад. Эта теория, называемая процессом Брейта-Уилера, говорит о возможности превращения света в материю, согласно этой теории, две частицы света, фотоны, при столкновении и взаимодействии породят пару электрон-позитрон. Первые подобные эксперименты уже были проведены и электронно-позитронные пары были получены, но в этих экспериментах, помимо фотонов света, были задействованы и высокоэнергетические элементарные частицы других типов.
"Этот эксперимент будет первой чистой демонстрацией известного уравнения Эйнштейна, которое связывает энергию и массу, E=m*c^2. Это уравнение определяет, сколько энергии выделится при превращении материи в энергию" - рассказывает профессор Стивен Роуз (Professor Steven Rose), - "То, что мы планируем сделать, является обратным вариантом, мы превратим энергию фотонов в массу элементарных частиц, m=E/c^2".
В экспериментальной системе используются два мощных лазера, которые будут излучать фотоны света, которые столкнутся и породят материю. Фотоны, излученные одним лазером, будут иметь энергию, в 1 000 раз превышающую энергию фотонов света видимого диапазона. А энергия фотонов второго лазера будет превышать энергию обычных фотонов в 1 000 000 000 раз.
Лучи обоих лазеров будут сфокусированы на крошечной мишени, находящейся внутри вакуумной камеры, В этой камере будет располагаться сложная оптическая система и мощные магниты, которые служат для разделения и отклонения потоков заряженных частиц, электронов и позитронов в данном случае. А успехом данного эксперимента станет регистрация потока позитронов, что будет говорить об успехе преобразования света в материю.
В качестве источника высокоэнергетических фотонов будет выступать лазер Gemini, находящийся в исследовательском центре STFC Rutherford Appleton Laboratory's Central Laser Facility, находящемся неподалеку от Оксфорда. Для регистрации явлений и сбора данных будут использованы различные датчики, большую часть из которых предоставит исследователям Европейская организация ядерных исследований CERN. Если ученым удастся зарегистрировать поток позитронов, им после этого придется провести самый тщательный анализ всех полученных данных и подтвердить, что позитроны были порождены именно процессом Брейта-Уилера, а не каким-либо другим процессом.
"Когда Грегори Брейт и Джон Уиллер выдвинули свою теорию, они использовали в качестве базы теорию взаимодействия между светом и материей, называемую квантовой электродинамикой (quantum electrodynamics, QED)" - рассказывает профессор Роуз, - "С тех пор была получена масса экспериментальных подтверждений теории QED, однако, процесс Брейта-Уилера, в котором принимают участие только два фотона света, не был ни разу реализован на практике".
"Если наш эксперимент будет проведен удачно, то мы воспроизведем процесс, который действовал в первые 100 секунд после момента рождения Вселенной в Большом Взрыве. На успех этого предприятия нам позволяют надеяться некоторые явления, зафиксированные учеными во время так называемых гамма-вспышек, которые порождаются самыми мощными взрывами во Вселенной, и которые являются одной из неразрешенных загадок современной физики".
