На информационном ресурсе применяются рекомендательные технологии (информационные технологии предоставления информации на основе сбора, систематизации и анализа сведений, относящихся к предпочтениям пользователей сети "Интернет", находящихся на территории Российской Федерации)

Свежие комментарии

  • Владимир
    Риск снижается, но все равно в итоге приводит к 100 % смертности.Инфаркт миокарда ...

В коллайдере создали вещество из света. А заодно и антивещество

Физики, изучающие столкновения частиц на детекторе STAR в Брукхейвенской национальной лаборатории в США, синтезировали вещество из света. На возможность превращать вещество в свет, а свет – в вещество, намекает знаменитая формула Эйнштейна E = mc2. Из нее следует, что масса и энергия эквивалентны, и в конечном итоге являются формами проявления одной субстанции, из которой состоит материальный мир. В философии эта субстанция называется материей.

Превращение вещества в свет мы наблюдаем каждый день, - ведь солнечный свет образуется в результате соединения ядер атомов вещества в термоядерных реакциях. А вот обратный процесс, - образование вещества из света, - до сих пор не наблюдался, хотя был теоретически предсказан больше 80 лет назад.
В начале было золото
Детектор STAR 
Детектор STAR - это часть коллайдера RHIC, сталкивающего тяжелые ионы. Детектор регистрирует частицы, образовавшиеся в результате взаимодействия столкнувшихся тяжелых ионов, - ядер атомов, потерявших свои электронные оболочки. Например, при столкновении двух ядер атомов золота, каждое из которых состоит из 79 протонов и примерно такого же количества нейтронов, образуется свыше тысячи первичных частиц.
 
При взаимодействии этих первичных частиц с веществом детектора и распаде короткоживущих частиц возникают большие потоки вторичных частиц. Все эти частицы детектор тоже идентифицирует и определяет их траектории.
 
Среди первичных частиц, образующихся при столкновении двух ядер атомов золота, есть много  фотонов. Из этих частиц состоит видимый свет и другие виды электромагнитного излучения, от длинных радиоволн (их переносят фотоны, обладающие самой низкой энергией) до ультракоротких волн гамма-излучения, с невероятно энергичными фотонами - их энергия может превышать энергию фотона видимого света в миллиарды раз. Эти фотоны тоже сталкиваются с другими частицами и между собой.
 
Ученые давно предполагали, что из столкновений наиболее энергичных фотонов могут рождаться электроны, частицы вещества, и позитроны, частицы антивещества (электроны и позитроны не появляются в мире по-отдельности, - только разлетающейся парой электрон-позитрон). Возможность образования электрон-позитронных пар из столкновения фотонов была предсказана больше 80 лет назад - еще в 1934 году физики Грегори Брейт и Джон А. Уиллер впервые описали этот процесс.
 
Но в те времена осуществить на практике синтез вещества из света было невозможным, - технологии не позволяли. Впервые это попытались сделать, когда появились мощные лазеры. Но энергии фотонов при столкновении сфокусированных лучей интенсивного света все же не хватало для появления на свет вещества.

Впервые такая возможность появилась, когда построили коллайдеры.
Траектории частиц, возникших при столкновении ядер атомов золота
Вместо лобового столкновения - скользящее
В исследовании, опубликованном в журнале Physical Review Letters, ученые проанализировали более 6000 пар электронов и позитронов, образовавшихся во время скользящего столкновения ядер атомов золота, летевших навстречу друг другу со скоростью, близкой к световой (99,995% от скорости света).
 
Столь сильное ускорение тяжелого иона создает мощное электромагнитное поле, которое закручивается по спирали вокруг ускоряющейся частицы, когда она движется - подобно току, протекающему по проводу. Поэтому, когда ядра атомов золота движутся со скоростью, близкой к скорости света, каждое из них окружено целым облаком фотонов, которое движется вместе с ним.

Чтобы отличить электрон-позитронные пары, рожденные при столкновении фотонов из этих облаков, от таких же пар, рожденных при столкновении самих ядер атомов золота, физики устроили эксперимент так, чтобы ядра не сталкивались напрямую, а проскальзывали друг мимо друга, пересекаясь лишь своими облаками из фотонов.

Анализ показал, что эксперимент привел к успеху – столкновение фотонов привело к рождению пар электронов и позитронов, то есть свет превратился в вещество и антивещество.

Но это не единственное открытие, о котором сообщает статья.
Как и было предсказано
Способность детектора STAR измерять крошечные отклонения электронов и позитронов, возникающих при столкновениях фотонов, дала физикам возможность изучить, как фотоны взаимодействуют с мощными магнитными полями, создаваемыми ускоренными ионами.
Оказалось, что путь света, проходящего через магнитное поле в вакууме, изгибается по-разному в зависимости от того, как этот свет поляризован. Этот эффект аналогичен тому, как при прохождении сквозь призму зависящее от длины волны отклонение пути фотонов разделяет белый свет на радугу. Такое зависящее от поляризации отклонение фотонов происходит, когда свет проходит через определенные материалы – но до эксперимента на детекторе STAR его никогда не демонстрировали в вакууме. Хотя этот эффект тоже был теоретически предсказан - Вернером Гейзенбергом и Гансом Генрихом Эйлером в 1936 году.
 
Ученые, работающие с детектором STAR измерили, как поляризация света влияет на то, «поглощается» ли свет магнитным полем. Это похоже на то, как поляризованные солнцезащитные очки блокируют прохождение определенных лучей, если они не соответствуют поляризации линз. В случае солнцезащитных очков, помимо уменьшения пропускания света, можно измерить повышение температуры материала линз, поскольку он поглощает энергию заблокированного света. А при скользящем столкновении тяжелых ионов такая поглощенная электромагнитным полем световая энергия – это как раз то, что создает электронно-позитронные пары.

Оба эти открытия основаны на предсказаниях, сделанными великими физиками в первой половине ХХ-го века. Проверить их сделало возможным развитие технологий. Но, как и в случаях с другими крупнейшими открытиями современной физики – бозона Хиггса, или гравитационных волн, - мы по-прежнему открываем то, что уже было теоретически описано столетие назад. 
Ссылка на первоисточник

Картина дня

наверх