Сблъскайте светлина със светлина и… бам!, получавате материя и антиматерия. Звучи като проста идея, но се оказва изненадващо трудно доказуема.
Екип от физици сега претендира за първото директно наблюдение на дълго търсения процес на Брейт-Уилър, при който две частици светлина или фотони се сблъскват една в друга и произвеждат електрон и неговия аналог на антиматерия, позитрон, съобщава Science News.
А те истински ли са? Но подобно на дискусия от уводен курс по философия значението на откритието зависи от дефиницията на думата „истински“. Някои физици твърдят, че фотоните не се квалифицират като реални, повдигайки въпроси относно последиците от наблюдението (Ефект на наблюдателя във физиката е изменението на наблюдавана система от самия акт на наблюдение -б.р.)
Експериментът STAR в Националната лаборатория в Брукхейвън открива частици, получени при сблъскване на атомни ядра. Учените са открили доказателства за разбиване, при което сблъскващите се частици светлина създават материя и антиматерия
Прогнозиран преди повече от 80 години, процесът на Брейт-Уилър никога не е бил наблюдаван директно, въпреки че учените са виждали свързани процеси, като разсейване на светлината от светлината. Нови измервания от експеримента STAR в Националната лаборатория на Брукхейвън в релативистичния колайдер съвпадат с прогнозите за неуловимата трансформация, съобщава физикът от Брукхейвън Даниел Бранденбург и колегите му в Physical Review Letters от 30 юли.
„Идеята, че можете да създадете материя от светлина, е интересна концепция“, казва Бранденбург. Това е поразителна демонстрация на физиката, обезсмъртена в уравнението на Айнщайн E = mc2, което разкри, че енергията и масата са две страни на една и съща монета.
Дали наблюдението наистина отговаря на изискванията зависи от това дали фотоните се считат за „реални“, както се изисква от процеса на Брейт-Уилър или „виртуални“. Във физиката на частиците виртуалните частици са такива, които се появяват само за кратки моменти и не носят нормалните си маси.
Фотоните от обикновен източник на светлина, като крушка или лазер, са реални, са съгласни физиците. Но то подлежи на дебат. Това е така, защото светлината, с която екипът се сблъсква, идва от необичаен източник. В релативистичния тежко йонен колайдер атомните ядра се движат почти със скоростта на светлината, преди да се забият едно в друго. Тези бързи ядра са заобиколени от електромагнитни полета и тези полета имат свързани с тях фотони. Обикновено такива фотони от електромагнитни полета са виртуални. Но в експеримента фотоните действат така, сякаш са реални поради високите скорости, с които двете ядра се движат заедно.
Новите доказателства за процеса на Брейт-Уилър идват от сблъсъци, при които ядрата просто са се пропуснали. В тези случаи електромагнитните полета на двете ядра се припокриват и два фотона от тези полета могат да се сблъскат. Така че изследователите търсят пропуски, които изплюват един електрон и един позитрон.
Когато две атомни ядра (червени) преминават наблизо, две светлинни (жълти) частици се сблъскват, произвеждайки отрицателно зареден електрон (e–) и позитивно зареден позитрон (e+) BNL
Но, казва съавторът на изследването Джангбу Сю, физик също в Брукхейвън в Ъптън, Ню Йорк, „въпросът е как всъщност казвате, че те са от реални фотони, а не от други процеси“. За да потвърдят случая, че частиците идват от реални фотони, изследователите са изследвали ъглите между тези частици, които се различават в зависимост от това дали истински или виртуални фотони са се сблъскали. Ъглите съвпадат с очакванията за реални фотони, което предполага, че екипът е видял законния процес на Брейт-Уилър.
И все пак, „строго погледнато“, казва физикът на частиците Лусиан Харланд-Ланг от Университета в Оксфорд, експериментът е „нещо като една стъпка встрани“ от истинския процес на Брейт-Уилър. Въпреки че фотоните се държат почти като истински, те са технически виртуални.
Бранденбург и колегите му имат различен възглед, подобен на физическата версия на класическия тест за патици: Ако той ходи като патица и кряка като патица, вероятно е патица. Ако реалността на фотона се основава само на това как се държи, това биха били истински фотони.
И измерванията на учените потвърждават това, казва физикът по лазерна плазма Стюарт Мангълс от Imperial College London: „Всичко, което измерват за него, го прави да изглежда като истински фотон“. Въпреки това Мангълс отбелязва, че фотоните все още са виртуални според някои определения: За разлика от нормалните фотони, които нямат маса, тези фотони имат маса.
Един от начините да се преодолеят трънливите въпроси относно дефиницията на реалността би било да се извърши този експеримент с безспорно реални фотони. Mangles и други работят за откриване на процеса на Брейт-Уилър с лазери, които произвеждат светлина, която е толкова реална, колкото светлината, която ви позволява да прочетете тази статия. Физиците се надяват, че това ще улесни случая за сблъскване на материя, създаваща светлина.
