举个栗子:把光变成物质,这可能吗?

把光变成物质,这可能吗?的头图

爱因斯坦著名的质能方程E=mc2提示了质量与能量的统一本质。质量转换成能量对我们来说很普遍,但一直以来很难看到纯粹从能量转换成质量的过程。1934年物理学家乔治?布 莱特 (Gregory Breit) 和约翰?惠勒 (John A. Wheeler) 预言了一种物理过程,一对光子通过极化脉冲式电磁场时可以生成一对正负电子,这个过程称之为布莱特-惠勒过程。简单地说,此过程可以将纯粹能量形式的光转换成物质。

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迄今为止,只有1997年在斯坦福直线加速器 (SLAC) 上看到过多光子参与的布莱特-惠勒过程。5月19日,帝国理工学院的Oliver Pike和他的同事们在《自然》“光子学”子刊发表了一篇论文 (doi:10.1038/nphoton.2014.95),提出了一种产生布莱特-惠勒过程的新方法。据此,我们有望很快看到光能够直接转换成物质的新证据,从而可以让质能方程画上一个完美的句号。

目前,理论预言的由光子、正负电子及核辅助参与的物理过程有七种(如下面的费曼图所示),除了布莱特-惠勒电子对产生是纯粹由能量转换成粒子的过程外,其余的经常在自然 界及实验室中可见。1997 年在SLAC上首次观察到的布莱特-惠勒电子对产生,但这个过程中间涉及到复杂的粒子和光子的混合。

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Oliver Pike是在和同事喝咖啡期间意识到他们正在讨论的用于聚变的方案或许可以用来产生布莱特-惠勒电子对,而这个方案比原先SLAC上的过程要更加直接。Pike他们所设计的方案如下图所示。首先用高能电子轰击金板,产生一束比太阳光强十亿倍的光束,再准直到一个名为“环空” (hohlraum) 的空心金环中,这束光在该环空的内表面会产生热辐射场,生成类似于超新星发射的光束,这就好像是瓶子中的超新星一样。然后,让来自两个光源的光子会在环空中碰撞并产生布莱特-惠勒正负电子对。

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Pike及其同事正在努力寻找高能激光束来开展实验。目前有两家实验室似乎具备此能力,一个在英国波克夏的Aldermaston小镇,另一个在美国纽约的Rochester。如果顺利的话,也许本年度就会看到相应的实验结果。(编译:心蛛)

参考资料

1. http://arstechnica.com/science/2014/05/supernova-in-a-bottle-could-help-create-matter-from-light/

2. Supernova in a bottle” could help create matter from light

3. by Akshat Rathi – May 20 2014, 2:10am +0800

4. arsTechnica

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