这将是爱因斯坦著名的E = mc^2方程的切实证明。
物理学家通过模拟来探索一个世界著名方程的实际应用,他们认为,等离子体可以被扭曲,以碰撞光子并产生物质。
这里起作用的方程是爱因斯坦的E = mc^2,它建立了能量和质量之间的关系;具体来说,这个方程认为,当后者乘以光速的平方时,能量和质量是等价的。
由大阪大学和加州大学圣地亚哥分校的科学家领导的一个团队最近用激光模拟了光子的碰撞;他们的结果表明,碰撞会产生电子对和正电子对。正电子(电子的反粒子)可以在激光电场的加速下产生正电子束。他们的研究结果发表在《物理评论快报》上。
这篇论文的合著者、加州大学圣地亚哥分校的物理学家阿列克谢·阿雷菲耶夫(Alexey Arefiev)在大阪大学的一篇新闻稿中表示:“我们觉得我们的提议在实验上是可行的,我们期待着在现实世界中实施。”
新闻稿补充说,在目前存在的激光强度下,实验装置是可能的。研究人员使用模拟来测试潜在的实验设置,并找到了一个令人信服的设置。光子-光子对撞机使用布雷特-惠勒(Breit Wheeler)过程产生物质,这意味着它会湮灭伽马射线以产生电子-正电子对。
一些极端的物理现象 —— 恒星诞生和死亡的地方,以及时间静止的地方,存在于遥远的宇宙中。2021年,另一组研究人员提出,中子星的核心(恒星生命的极端密集的最后阶段)可能是一个类似动态的场所,暗物质粒子可以在这里转化为光子。
旋转的中子星被称为脉冲星,它们的高能环境是光产生物质的地方。脉冲星每秒可以旋转数千次,发射伽马射线,并拥有一些已知最强的磁场。
脉冲星也是测量太空中引力波的有用工具。今年早些时候,五个不同的脉冲星定时阵列合作发现了他们怀疑是第一次看到引力波背景的东西 —— 基本上是引力波的持续杂音,在几乎不可察觉的水平上波动时空。
虽然很难从远处观察脉冲星的来龙去脉,但物理学家可以尝试模拟它们。
“这项研究显示了在实验室环境中探索宇宙奥秘的一种潜在方式,”支持这项最新研究的美国国家科学基金会项目主任维亚切斯拉夫·卢金(Vyacheslav Lukin)说。“今天和明天的高功率激光设备的未来可能性变得更加有趣。”
这个实验可以提供一种窥视宇宙组成的方法,通过把一些遥远的物理学带到离家更近的地方。但要做到这一点,实际上需要建立一个实验。