光变物质:如何从光里面制造出物质和反物质?

在1934年的时候,科学家布雷特和惠勒提出了一种有趣的理论:如果两个光子能够通过撞击结合在一起,有可能会无中生有的产生物质反物质,当然形成的实际上是电子正电子,这个过程被称为布雷特和惠勒过程(Breit-Wheeler过程)。

光变物质相反的逆过程是电子-正电子湮灭或狄拉克过程,也就是一个电子和一个正电子碰撞和湮灭产生一对伽马光子(一种能量最高的光子)。

光变物质:如何从光里面制造出物质和反物质?

Breit-Wheeler过程的理论特点是概率非常低,这需要大量能量极大的准直光子源,其中这些光子能量接近或高于电子和正电子的静止质量能量。

要想产生光变物质,就需要使用到伽马射线激光器,产生的高强度激光中将会携带碰撞伽马光子,而伽马光子碰撞则可能会产生光变物质,只是到目前为止,我们还没有能力制作出伽马光子激光器。

实际上虽然地球上要想做这样的实验非常困难,但是在宇宙中,却有一些极端的天体能够提供理想的实验场所,比如中子星

但是最近国外的科学家提出了一种新的解决方法:在一块塑料上,上面刻有微米级别纵横交错的通道图案,然后两组强大的激光,从方块的两侧同时发射强脉冲激光。

当激光穿透样品的时候,它们中的每一个都会加速一团极快的电子,然后这两团电子云以全力葱香对方,与沿相反方向传播的激光相互作用。由此产生的碰撞能量是如此的直达,以至于产生了一团伽马光子,根据爱因斯坦的广义相对论,这些伽马光子应该能够相互碰撞从而产生正负电子对。

更让人兴奋的是,在这个过程中可能还会产生强大的磁场,将正电子准直成强烈加速的喷射状光束。研究人员发现,在50微米的距离内,就能够将正电子的能量增加到1千兆电子伏特。

正电子束的准直和加速不仅会提高粒子的探测率,而且与被称为脉冲星发出的强大准直粒子射流有很强的相似性。科学家就推测,在中子星周围磁场中可能就会存在这些一些伽马辐射云。

通过这种方法,我们不但能够观测到光变物质现象,也能够对中子星的一些特性进行研究。

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