Процесс Брейта — Уилера

Процесс Брейта — Уилера — простейшая реакция, с помощью которой свет можно превратить в вещество[1]. Этот процесс может принимать форму взаимодействия двух гамма-квантов с их последующим превращением в электрон-позитронную пару: . Теоретически предсказан аналогичный процесс в сильных электрических полях при использовании сверхкоротких лазерных импульсов большой мощности[2].

Процесс был описан впервые Грегори Брейтом и Джоном А. Уилером в 1934 году в Physical Review[3]. Хотя процесс является одним из проявлений эквивалентности массы и энергии, на данный момент (2014) он никогда не наблюдался на практике из-за сложности фокусировки встречных гамма-лучей. Тем не менее в 1997 году исследователям из Национальной ускорительной лаборатории удалось реализовать так называемый многофотонный процесс Брейта — Уилера, используя электроны для создания высокоэнергетических фотонов, которые затем участвовали в нескольких столкновениях и в итоге превращались в электроны и позитроны, в пределах одной камеры[4].

В 2014 году физики из Имперского колледжа Лондона предложили относительно простой эксперимент для демонстрации процесса Брейта — Уилера[5]. Эксперимент в коллайдере состоит из двух шагов. Во-первых, они предложили использовать мощный лазер высокой интенсивности, чтобы ускорить электроны до околосветовых скоростей. Затем ускоренные электроны направляются на пластину золота, чтобы создать пучок фотонов, несущих в миллиарды раз больше энергии, чем фотоны видимого света. Во-вторых, эксперимент включает в себя облучение лазером внутренней поверхности золотого полого цилиндра, для создания фотонов теплового излучения. Затем они направляют пучок фотонов из первой стадии эксперимента через центр цилиндра, в результате чего фотоны от двух источников сталкиваются и образуются электроны и позитроны. В итоге можно было бы обнаружить образование электронов и позитронов после того, как частицы покинут цилиндр[5]. Моделирование методом Монте-Карло показывает, что производительность этого способа — порядка 105 электрон-позитронных пар в одном выстреле[1].

Примечания

  1. 1 2 O. J. Pike, F. Mackenroth, E. G. Hill and S. J. Rose. A photon–photon collider in a vacuum hohlraum. Nature Photonics (18 мая 2014). doi:10.1038/nphoton.2014.95. Дата обращения: 19 мая 2014.
  2. A. I. Titov, B. Kämpfer, H. Takabe, and A. Hosaka. Breit-Wheeler process in very short electromagnetic pulses. Physical Review (10 апреля 2013). doi:10.1103/PhysRevA.87.042106. Дата обращения: 19 мая 2014. Архивировано 22 апреля 2016 года.
  3. G. Breit and John A. Wheeler. Collision of Two Light Quanta. Physical Review (15 декабря 1934). doi:10.1103/PhysRev.46.1087. Дата обращения: 19 мая 2014. Архивировано 7 ноября 2015 года.
  4. Akshat Rathi. "Supernova in a bottle" could help create matter from light. Ars Technica (19 мая 2014). Дата обращения: 20 мая 2014. Архивировано 20 мая 2014 года.
  5. 1 2 Scientists discover how to turn light into matter after 80-year quest. Phys.org (18 мая 2014). Дата обращения: 24 июля 2015. Архивировано 6 ноября 2015 года.