Eine Darstellung eines futuristischen Teilchenbeschleunigers. sakkmesterke / iStock
In der Teilchenphysik sind Hochgeschwindigkeitskollisionen normalerweise eine gute Sache.
Und wenn zwei Photonen mit genügend Kraft ineinander geschlagen werden, ist die Ausgabe nach Einsteins spezieller Relativitätstheorie Materie. Dieser Prozess würde ein Elektron-Positron-Paar ergeben, das die Umwandlung von Licht in Masse darstellt, die jenseits davon schienunsere Reichweite. Aber nicht für lange.
Physiker haben mit dem Relativistic Heavy Ion Collider im Brookhaven National Laboratory eine Möglichkeit gefunden, dies im wirklichen Leben zu tun, und sie haben diese Reaktion, die laut einem kürzlich erschienenen Artikel Briet-Wheeler-Prozess genannt wird, direkt beobachtet.veröffentlicht in der ZeitschriftPhysical Review Letters.
Dies ist eine wesentliche Entdeckung, die auf einer theoretischen Mauer aufbaut, die noch vor Jahrzehnten unüberwindbar schien.
Beschleunigung von Goldionen auf nahezu Lichtgeschwindigkeit
"In ihrer Arbeit haben Breit und Wheeler bereits erkannt, dass dies fast unmöglich ist", erklärte Zhangbu Xu, ein Physiker des Brookhaven Lab, über die beiden Wissenschaftler, die den Prozess ursprünglich beschrieben haben, in einem Blogbeitrag auf die offizielle Website des Labors. "Laser gab es noch nicht einmal! Aber Breit und Wheeler schlugen eine Alternative vor: die Beschleunigung schwerer Ionen. Und ihre Alternative ist genau das, was wir am RHIC tun."Elektronen entzogen. Da letztere eine negative Ladung haben und die restlichen im Atomkern enthaltenen Protonen eine positive Ladung behalten, sind schwerere Elemente direkt proportional zu einer größeren positiven Ladung, da sie mehr Protonen ohne Elektronen haben.
Die Forscher dieser aktuellen Studie verwendeten Goldionen mit 79 Protonen. Das ist eine Ladung, die so stark ist, dass die Goldionen, wenn sie auf lächerliche Geschwindigkeiten beschleunigt werden, ein kreisförmiges Magnetfeld erzeugen, das dem senkrechten elektrischen Feld im Collider Konkurrenz macht. Wenn dieseWenn sich zwei Felder überschneiden, können sie zur Erzeugung elektromagnetischer Teilchen führen, die auch Photonen genannt werden. die Lichtgeschwindigkeit, es gibt eine Menge Photonen, die den Goldkern umgeben und sich wie eine Wolke mit ihm fortbewegen", sagte Xu in dem Blogbeitrag. Der RHIC beschleunigt Ionen auf relativistische Geschwindigkeiten, was einen erheblichen Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit bedeutetein kürzlich durchgeführtes Experiment sah, dass Goldionen auf eine umwerfende 99,995% der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt wurden. Das ist sehr, sehr schnell.
Physiker entdeckten mehrere Eigenschaften eines Breit-Wheeler-Prozesses
Und wenn zwei Ionen sich kaum verfehlen, beginnen ihre beiden Photonenwolken zu interagieren und sogar zu kollidieren. Diese Begegnungen passieren ohne Detektion, aber die Ausbeute der Reaktion, Elektron-Positron-Paare, kann es. Aber das ist es nichtgenug, da Photonen, die durch diese elektromagnetische Wechselwirkung erzeugt werden, rein virtueller Natur sind – sie schwellen in und aus der Existenz und ohne die messbare "reale" Masse ihrer physischen Gegenstücke. Um die Bedingungen eines vollständigen Breit-Wheeler-Prozesses zu erfüllen, müssen zwei "echte" Photonen müssen in ein anderes echtes Photonenpaar zerschlagen. Zum Glück für moderne Physiker gibt es eine technische Möglichkeit, zwischen virtuellen Elektron-Positron-Paaren zu unterscheiden, und der echte Breit-Wheeler-Deal: die Winkel zwischen Positron und Elektron in dem Paar, das durch die Hochgeschwindigkeitskollision erzeugt wurde.
Und die Physiker haben mehrere verschiedene Eigenschaften der realen Photonen entdeckt, darunter die Energie, Massenverteilungen und Quantenzahlen der Systeme, so Daniel Brandenburg, Physiker vom Brookhaven Lab, in dem Blogbeitrag. „Unsere Ergebnisse liefern KlarheitBeweise für die direkte, einstufige Erzeugung von Materie-Antimaterie-Paaren aus Lichtkollisionen, wie ursprünglich von Breit und Wheeler vorhergesagtzusammen mit die Energie von Gammastrahlen.