Ученые научились создавать антиматерию с помощью лазера

Как они это делают? Дело в том, что, когда электроны двигаются вперед и назад, они выделяют свет — чем быстрее, тем больше. Верный способ заставить их это делать — взрывать их мощными лазерными импульсами. Электроны почти достигают скорости света, тем самым генерируя пучки гамма-лучей. Гамма-лучи похожи на рентгеновские лучи, используемые, к примеру, в кабинетах врачей или на линиях безопасности в аэропортах, однако они имеют еще больше энергии, значительно уступая в размерах: этот луч такой же острый и тонкий, как игла для шитья.

Когда гамма-лучи, создаваемые электронами, сталкиваются друг с другом, они могут создавать пары материи и антиматерии — электрон и позитрон. Ученые из Лиссабонского университета разработали новый, еще более эффективный способ для создания пар материи и антиматерии. Результаты их трудов опубликованы в журнале American Physical Society. 

«Мы разработали «оптическую ловушку», которая не позволяет электронам перемещаться слишком далеко после момента излучения гамма-лучей. Мы ловим их и снова поражаем мощными лазерными импульсами, создавая больше гамма-лучей, что дает нам еще больше пар частиц», — рассказывает исследователь Мария Вланич. 

Ловушка образована четырьмя лазерами, расположенными в одной плоскости и направленными в одну точку. Когда лазеры перекрываются, они образуют двумерную волну с электрическими полями, как на рисунке выше. В центре — крошечный объект: нанопроволока в 100 раз тоньше человеческого волоса. Электроны удаляются с проволоки и ускоряются до скорости, близкой к скорости света. Попадая в волну, они теряют большую часть своей энергии, излучая свет, и поэтому разгоняются снова. Фотоны производят пары электронов и позитронов, которые также попадают в ловушку. Этот процесс может создать плотную плазму электронов позитронов, которая в конечном счете преобразует большую часть доступной лазерной энергии в гамма-лучи.

По словам ученого, повторение процесса влечет за собой появление новых пар в так называемом каскаде. Процесс продолжается до тех пор, пока созданные частицы не становятся достаточно плотными. Как полагают исследователи, эти каскады происходят естественным образом в далеких уголках Вселенной. Например, быстровращающиеся нейтронные звезды, называемые пульсарами, имеют чрезвычайно сильные магнитные поля — в триллион раз мощнее, чем магнитные поля на Земле. 

Изучение каскадов в лаборатории прольет свет на тайну астрофизической плазмы в экстремальных условиях, а лучи могут иметь промышленное и медицинское применение. Ученые уверяют в необходимости дальнейших исследований, чтобы найти более дешевые и эффективные источники для повсеместного использования.