Fisikawan teoretis di Imperial College London merancang eksperimen yang akan memungkinkannya.
Fisikawan teoretis di Imperial College London telah merancang percobaan, yang menggunakan teknologi yang ada, untuk mengubah cahaya menjadi materi, dengan tabrakan dua foton. Kemungkinan itu diteorikan 80 tahun yang lalu, tetapi sampai sekarang tidak mungkin untuk merancang percobaan untuk membuktikannya.
Fisikawan di Imperial College London telah menemukan cara membuat materi dari cahaya: sebuah pencapaian yang diyakini mustahil ketika pertama kali diteorikan 80 tahun lalu .
Dalam satu hari, setelah beberapa kopi, di kantor kecil Laboratorium Fisika Blackett dari Imperial College, tiga fisikawan mengembangkan cara yang relatif sederhana untuk menguji secara fisik sebuah teori yang awalnya dirancang oleh para ilmuwan Breit dan Wheeler pada tahun 1934.
Breit dan Wheeler menyarankan bahwa seharusnya memungkinkan untuk mengubah cahaya menjadi materi dengan menabrak dua partikel cahaya (foton), dan menciptakan elektron dan positron: metode paling sederhana untuk mengubah cahaya menjadi materi yang pernah diprediksi. Perhitungan itu terbukti secara teori masuk akal, tetapi Breit dan Wheeler mengatakan mereka tidak mengharapkan siapa pun untuk membuktikan prediksi mereka secara fisik. Belum pernah diamati di laboratorium dan percobaan sebelumnya untuk mengujinya diperlukan penambahan partikel berenergi besar.
Kemungkinan tes praktis
Penelitian baru, yang diterbitkan dalam jurnal Nature Photonics, menunjukkan untuk pertama kalinya bagaimana teori Breit dan Wheeler dapat dibuktikan dalam praktik . "Penumbuk foton-foton" ini, yang akan mengubah cahaya langsung menjadi materi melalui teknologi yang sudah tersedia, akan menjadi jenis baru dari eksperimen fisika energi tinggi.
Eksperimen ini akan menciptakan kembali proses yang sangat penting dalam 100 detik pertama alam semesta dan itu juga terlihat dalam semburan sinar gamma, yang merupakan ledakan terbesar di alam semesta, dan salah satu misteri fisika terbesar yang belum terpecahkan.
Para ilmuwan telah menyelidiki masalah energi fusi yang tidak terkait dengan ini, ketika mereka menyadari bahwa apa yang mereka kerjakan dapat diterapkan pada teori Breit-Wheeler. Kemajuan dicapai dalam kolaborasi dengan fisikawan teoritis dari Institut Max Planck untuk Fisika Nuklir, dari Jerman, yang sedang mengunjungi Kekaisaran.
Mendemonstrasikan teori Breit-Wheeler akan memberikan potongan definitif teka-teki fisika yang menggambarkan cara paling sederhana interaksi antara cahaya dan materi. Enam keping lain dari teka-teki ini, termasuk teori Dirac tahun 1930 tentang penghancuran elektron dan positron dan Einstein tahun 1905 tentang efek fotolistrik, terkait dengan penelitian pemenang Hadiah Nobel.
Profesor Steve Rose dari Departemen Fisika di Imperial College menjelaskan dalam siaran pers: " Terlepas dari semua fisikawan yang menerima bahwa teorinya benar, Breit dan Wheeler mengatakan mereka tidak berharap hal itu diperlihatkan di laboratorium. Hari ini, hampir 80 tahun kemudian, kami membuktikan bahwa mereka salah. Yang paling mengejutkan bagi kami adalah penemuan bagaimana kami dapat membuat materi langsung dari cahaya menggunakan teknologi yang kami miliki saat ini di Inggris. Karena kami adalah ahli teori, kami berbicara dengan orang-orang yang dapat menggunakan ide-ide kami untuk melakukan eksperimen sejarah ini. "
Artikel terkait
Foto pertama dari cahaya berperilaku seperti gelombang dan sel darah pada saat yang sama
Kemungkinan penjelasan tentang asal usul materi di kosmos
'Aplikasi' untuk Google Glass menganalisis kesehatan tanaman tanpa merusaknya
Mereka mendapatkan foton yang saling terkait di dalam sebuah chip
Mereka bisa menghentikan cahaya di udara
Eksperimen yang berkelanjutan
Eksperimen bertabrakan yang diusulkan para ilmuwan melibatkan dua langkah utama. Pertama, para ilmuwan akan menggunakan laser intensitas tinggi yang sangat kuat untuk mempercepat elektron hingga tepat di bawah kecepatan cahaya.
Kemudian mereka akan menembakkan elektron-elektron ini di piring emas untuk membuat seberkas foton satu miliar kali lebih energik daripada cahaya tampak.
Tahap selanjutnya dari percobaan melibatkan kapsul emas kecil yang disebut hohlraum ("ruang kosong" dalam bahasa Jerman). Para ilmuwan akan menembakkan laser berenergi tinggi pada permukaan bagian dalam kapal emas ini, untuk menciptakan medan radiasi termal, yang akan menghasilkan cahaya yang mirip dengan cahaya yang dipancarkan oleh bintang-bintang.
Kemudian mereka akan mengarahkan sinar foton dari tahap pertama percobaan melalui pusat kapsul, menyebabkan foton dari dua sumber bertabrakan dan membentuk elektron dan positron. Maka akan mungkin untuk mendeteksi pembentukan elektron dan positron ketika mereka meninggalkan kapsul.
Peneliti utama Oliver Pike, yang saat ini menyelesaikan gelar doktor dalam fisika plasma, menambahkan: “Meskipun teorinya sederhana secara konseptual, sangat sulit untuk memverifikasi secara eksperimental. Kami mampu mengembangkan ide untuk collider dengan sangat cepat, tetapi desain eksperimental yang kami usulkan dapat dilakukan dengan relatif mudah dan dengan teknologi yang ada. "
“Dengan hanya beberapa jam memikirkan aplikasi hohlraum di luar peran tradisional mereka dalam penelitian energi fusi, kami kagum mendapati bahwa itu memberikan kondisi sempurna untuk pembuatan collider foton. Perlombaan untuk melakukan dan menyelesaikan percobaan sedang berlangsung! "
Penelitian ini didanai oleh Dewan Penelitian Ilmu Teknik dan Fisika (EPSRC), Institut John Adams untuk Ilmu Akselerator, dan Pembentukan Persenjataan Atom (AWE), semuanya di Inggris, dan dilaksanakan di Inggris. bekerja sama dengan Max-Planck -Institut für Kernphysik, dari Jerman.
Referensi Bibliografi :
OJ Pike, F. Mackenroth, EG Hill, SJ Rose. Sebuah tabrakan foton - foton dalam hohlraum vakum. Nature Photonics (2014). DOI: 10.1038 / nphoton 2014.95
Mereka menemukan cara membuat materi dari cahaya
