Ученые из Института прикладной физики РАН предлагают получать антиматерию, сталкивая сверхмощный пучок лазерного излучения с листом фольги, фактически преобразуя свет в материю, говорится в статье, опубликованной в журнале Physics of Plasmas.
"Теория квантовой электродинамики предсказывает, что сильное электрическое поле, образно выражаясь, может "вскипятить" вакуум, который, как мы знаем, заполнен виртуальными частицами, в том числе и электрон-позитронными парами. Электрическое поле может "выдернуть" эти частицы из их виртуального состояния, в котором мы их видеть не можем, в реальный осязаемый и видимый мир",
— заявил Игорь Костюков из Института прикладной физики РАН в Нижнем Новгороде.
Костюков и его коллега Евгений Неруш выяснили, что свет можно превратить в материю, в том числе и в антиматерию, когда изучали, что происходит при взаимодействии сверхъярких пучков лазерного излучения, чья мощность превышает триллион тераватт (10 в 24 степени Ватт), с тонкими листами фольги.
Как рассказывает Костюков, изначально ученые ожидали увидеть, что столкновение луча с листом металла приведет к формированию большого количества гамма-лучей и других высокоэнергетических фотонов, лишь часть которых должна была столкнуться друг с другом и превратиться в пары электрон-позитрон.
Но на самом деле, как показали расчеты нижегородских физиков, этот процесс будет идти с большими перекосом в сторону позитронов, простейшей формы антиматерии, число которых будет экспоненциально расти с течением времени.
Источником этих частиц будет служить так называемый "квантово-электродинамический каскад" – процесс своеобразного "самозарождения" сверхгорячей позитрон-электронной плазмы при столкновении лазерного луча и свободных электронов внутри фольги. Этот процесс предсказывается теорией, но пока ученые не смогли зафиксировать его в реальности.
Как объясняют ученые, если электрон, попадающий в луч лазера, будет двигаться достаточно быстро, он будет излучать фотоны, которые будут распадаться на электрон-позитронные пары. Эти пары частиц будут тоже излучать фотоны, что приводит к рождению всё новых и новых поколений электронов и позитронов. В результате этого число электронов, позитронов и фотонов будет расти лавинообразно, на чем и основывается идея Костюкова и Неруша.
Позитроны, родившиеся таким образом, будут распределены по листу не случайным образом, а будут закручены в своеобразную спираль, что позволит использовать такие частицы, по словам ученого, для изучения свойств антиматерии и создания сверхъярких источников фотонов высокой энергии и позитронов, которые будут заметно мощнее, чем текущие аналоги таких устройств.