@ 2021.07.28 , 15:59

科学家找到了用光制造反物质射流的方法

研究人员现在能够从光中创造出反物质的加速喷流。

一支物理学家团队表明,高强度的激光器可以用来产生伽马光子--能量最高的光的波长--的碰撞,进而制造出电子-正电子对。他们说,这可以帮助我们了解宇宙中最极端的天体环境:中子星。

从光子中产生一对物质-反物质粒子(电子和正电子)的过程被称为Breit-Wheeler过程,在实验中极难实现。

当两个光子碰撞时,有极小概率生成正反电子对。当然首先需要非常高能量的光子,而且量要足,以便最大限度地提高机会。

人类目前还没有能力建造伽马射线激光器,所以Breit-Wheeler过程在实验上一支未能实现。但是由加州大学圣地亚哥分校(UC San Diego)的Yutong He领导的团队提出了一个变通方法,根据他们的模拟结果,方法确实可行。

实验需要一个塑料块,上面刻有微米级的纵横交错的通道图案;两台强大的激光器,位于塑料块的两边,向这一目标对射强脉冲。

德国亥姆霍兹-德累斯顿-罗森道夫研究实验室的物理学家Toma Toncian说:"当激光脉冲穿透样品时,每个脉冲都会加速一团快电子云。两团电子云全力以赴地奔向对方。"

由此产生的碰撞非常高能,足以再产生一团伽马光子。研究人员说,根据爱因斯坦的广义相对论,这些伽马光子应该相互碰撞,产生电子-正电子对。

更令人兴奋的是,这个过程会产生强大的磁场,将正电子(而不是电子)加速震荡成强烈喷射状光束。研究人员发现,在仅仅50微米的距离内,加速应使粒子的能量增加到1千兆电子伏特。

使用复杂的计算机模拟,研究人员测试了模型,并发现它应该是有效的,甚至还可以降低激光器的功率要求。

高速正电子束不仅会提高粒子的探测率,而且它与被称为脉冲星的强磁性、快速旋转的中子星发射出的强大粒子射流有很大的相似之处。

科学家们认为,在这些恒星附近发生的过程可能导致伽马辐射云,与他们设计的实验机理相似。

加州大学圣地亚哥分校的物理学家Alexey Arefiev说:"这种过程很可能发生在脉冲星的磁层中。有了我们的新概念,这种现象就可以在实验室里模拟,至少在某种程度上,这将使我们能够更好地理解它们。"

在欧洲XFEL X射线激光实验室进行的初步测试初步验证了模拟结果。

最终,该团队希望可以在罗马尼亚最近开放的高度先进的极光基础设施核物理中心进行实验,该中心拥有两台强大的短脉冲激光器和伽马射线器。

他们论文发表在《通信物理学》上。

https://www.sciencealert.com/physicists-have-figured-out-how-we-could-make-antimatter-out-of-light


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