Poznata Einsteinova jednadžba prvi put iskorištena za stvaranje materije od svjetlosti

Fizičari tvrde da su po prvi put stvorili materiju od čiste svjetlosti koristeći Einsteinovu poznatu jednadžbu.

Fotoni i stvaranje materije

Prema jednadžbi E=mc² Alberta Einsteina vrijedi da ako razbijete dva dovoljno energična fotona jedan o drugi, trebali biste moći stvoriti materiju u obliku elektrona i njegovog antimaterijskog ‘suparnika’, pozitrona.

Ovaj proces kojeg su opisali američki fizičari Gregory Breit i John Wheeler 1934., dugo je bio jedan od najtežih za promatranje u fizici zato što bi fotoni koji se sudaraju morali biti visokoenergetske x-zrake, a znanstvenici još ne mogu izraditi takav laser.

Istraživači iz Nacionalnog laboratorija Brookhaven u New Yorku smatraju da su pronašli rješenje. Koristili su Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) kako bi proveli mjerenja koja se podudaraju s predviđanjima neobične transformacije. Svoje su nalaze objavili u časopisu Journal Physical Review Letters

Znanstvenici uspjeli provesti ključna mjerenja

“U svom su članku Breit i Wheeler shvatili da je to gotovo nemoguće učiniti”, rekao je Zhangbu Xu, fizičar iz Brookhaven Laboratorija. “Laseri još nisu ni postojali, no Breit i Wheeler predložili su alternativu u vidu ubrzavanja teških iona. Njihova je alternativa upravo ono što smo probali u RHIC-u.”

Umjesto izravnog ubrzavanja fotona, istraživači su ubrzali dva pozitivno nabijena iona te ih sudarili. Ioni su nabijene čestice koje se kreću blizu brzine svjetlosti te sa sobom nose i elektromagnetno polje s oblakom “virtualnih” fotona”, tvrdi Xu.

Virtualne čestice traju kratko poput smetnja u poljima između pravih čestica. Obično nemaju masu, no virtualni fotoni čine iznimku.

Demonstracija Breit-Wheelerovog procesa

Kada bi se ioni promašili za dlaku, njihova dva oblaka virtualnih fotona kretala su se tako brzo da su se ponašali kao da su stvarni. Virtualne čestice sudarile su te stvorile vrlo stvaran par elektrona i pozitrona.

Kako bi uistinu svjedočili Breit-Wheelerovom procesu pomoću virtualnih čestica, fizičari su morali paziti da se njihovi virtualni fotoni ponašaju kao stvarni. Analizirali su kuteve između preko 6 000 parova elektrona i pozitrona proizvedenih u eksperimentu te pratili ponašanje virtualnih fotona.

Kad se dvije stvarne čestice sudare, sekundarni produkt nastaje pod drugačijim kutom od produkta virtualnih čestica. Unatoč tome, u ovom eksperimentu sekundarni proizvodi virtualnih čestica odskočili su pod istim kutom kao sekundarni proizvodi od stvarnih čestica.

Istraživači su vidjeli da se te čestice ponašaju kao da su nastale stvarnom interakcijom i time su uspješno demonstrirali Breit-Wheelerov proces.

Virtualni fotoni svejedno nisu stvarni fotoni

Istraživači su također mjerili energiju i raspodjelu mase. “Oni su u skladu s teorijskim izračunima kod pravih fotona”, rekao je u izjavi Daniel Brandenburg, fizičar iz Brookhavena.

Bez obzira na to, čak i ako se ponašaju poput stvarnih čestica, virtualni fotoni iz eksperimenta su neosporivo virtualni. Tu se postavlja dvojba je li eksperiment bio istinska demonstracija Breit-Wheelerova procesa, no kako bilo da bilo, i dalje se radi o važnom koraku prije nego razvijemo laser koji će moći raditi sa stvarnim fotonima.

https://kozmos.hr/novo-otkrice-prokazalo-rupe-u-standardnom-modelu/

Izvori:

Ciaccia C. (17. kolovoza 2021.), Einstein’s E = mc² equation has been used to create matter from pure light for the first time by smashing ions together at close to the speed of light, Dailymail.co.uk (preuzeto 18. kolovoza 2021.)

DOE/Brookhaven National Laboratory. “Collisions of light produce matter/antimatter from pure energy.” ScienceDaily. ScienceDaily, 29 July 2021. <www.sciencedaily.com/releases/2021/07/210729183606.htm>.

Turner B. (16. kolovoza 2021.), Famous Einstein equation used to create matter from light for first time, livescience.com (preuzeto 18. kolovoza 2021.)

Measurement of $e^{+}{e}^{-}$ Momentum and Angular Distributions from Linearly Polarized Photon Collisions, J. Adam et al. (STAR Collaboration), Phys. Rev. Lett. 127, 052302 – Published 27 July 2021, 2021 American Physical Society, DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.127.052302