科学家实现用纯光创造物质 证明了布莱特·惠勒效应

2021年09月17日 21:22 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

Long Island(美国)早在1934年就提出的布赖特-惠勒效应,描述了光转化为物质的过程。通过该理论,物理学家Breit和Wheeler能够证明,当两个高能光子发生碰撞时,会产生一个正电子和一个电子,即形成物质。现在一项实验首次证明了这一理论。

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早在1905年,爱因斯坦就在他的狭义相对论中描述了质量和能量相等的自然规律(E = mc²)。据此,能量和物质是等价的,可以相互转换。物质和能量的一个方向是无所不在的。它永久地发生在太阳中,例如,当原子核融合时,能量以辐射的形式释放出来。

布鲁克海文国家实验室的Zhangbu Xu解释说:"Breit和Wheeler已经很清楚,这在实践中几乎不可能实现。"。直接转换将至少需要一种在高度集中的离子中发射由伽马射线光子组成的激光,然而,研究尚未能够开发出这样的激光器。

另外,Breit和Wheeler假设了一种方法,其中加速的重离子作为光源而不是光子束。因为带强正电的原子核在极高的加速度下在其周围产生强烈的电磁场,它们的物理特性在某些条件下类似于光子。根据这一理论,当一个离子在粒子加速器中移动时,它被一团光粒子所包围。当两个这样的原子核在加速器中向对方移动并几乎相撞时,它们的光子云就会相互作用。其中一部分被大大加速,高能量的光粒子发生碰撞。根据理论,在这个过程中应该出现成对的电子和正电子。

由布鲁克海文国家实验室(BNL)的Zhangbu Xu领导的一个团队现在使用相对论重离子对撞机(RHIC)上的STAR探测器对这一近百年的理论进行了实验测试。根据他们在《物理评论快报》上发表的文章,他们将金核加速到99.99%的光速进行碰撞。他们检查了电子和正电子对释放的衰变产物,这些电子和正电子的质量分布、能量和量子状态与Breit-Wheeler效应的分布一致。总的来说,物理学家们能够找到6085个具有相应特征的电子-正电子对。在一个额外的实验中,科学家们还检查了碰撞过程中产生的光子是否具有正常光粒子的特征,这也得到了证实。

"我们的结果为从光的碰撞中直接、一步产生物质-反物质对提供了明确的证据--正如Breit和Wheeler在理论上所描述的那样,"Daniel Brandenburg解释说。因此,它已被证明光直接转化为物质是可能的。

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