把光變成物質,這可能嗎?

2021-01-10 百家號

愛因斯坦著名的質能方程E=mc2提示了質量與能量的統一本質。質量轉換成能量對我們來說很普遍，但一直以來很難看到純粹從能量轉換成質量的過程。1934年物理學家喬治?布 萊特 (Gregory Breit) 和約翰?惠勒 (John A. Wheeler) 預言了一種物理過程，一對光子通過極化脈衝式電磁場時可以生成一對正負電子，這個過程稱之為布萊特－惠勒過程。簡單地說，此過程可以將純粹能量形式的光轉換成物質。

迄今為止，只有1997年在斯坦福直線加速器 (SLAC) 上看到過多光子參與的布萊特－惠勒過程。5月19日，帝國理工學院的Oliver Pike和他的同事們在《自然》「光子學」子刊發表了一篇論文 (doi:10.1038/nphoton.2014.95)，提出了一種產生布萊特－惠勒過程的新方法。據此，我們有望很快看到光能夠直接轉換成物質的新證據，從而可以讓質能方程畫上一個完美的句號。

目前，理論預言的由光子、正負電子及核輔助參與的物理過程有七種（如下面的費曼圖所示），除了布萊特－惠勒電子對產生是純粹由能量轉換成粒子的過程外，其餘的經常在自然 界及實驗室中可見。1997 年在SLAC上首次觀察到的布萊特－惠勒電子對產生，但這個過程中間涉及到複雜的粒子和光子的混合。

Oliver Pike是在和同事喝咖啡期間意識到他們正在討論的用於聚變的方案或許可以用來產生布萊特－惠勒電子對，而這個方案比原先SLAC上的過程要更加直接。Pike他們所設計的方案如下圖所示。首先用高能電子轟擊金板，產生一束比太陽光強十億倍的光束，再準直到一個名為「環空」 (hohlraum) 的空心金環中，這束光在該環空的內表面會產生熱輻射場，生成類似於超新星發射的光束，這就好像是瓶子中的超新星一樣。然後，讓來自兩個光源的光子會在環空中碰撞並產生布萊特－惠勒正負電子對。

Pike及其同事正在努力尋找高能雷射束來開展實驗。目前有兩家實驗室似乎具備此能力，一個在英國波克夏的Aldermaston小鎮，另一個在美國紐約的Rochester。如果順利的話，也許本年度就會看到相應的實驗結果。（編譯：心蛛）

參考資料

1. http://arstechnica.com/science/2014/05/supernova-in-a-bottle-could-help-create-matter-from-light/

2. Supernova in a bottle」 could help create matter from light

3. by Akshat Rathi - May 20 2014, 2:10am +0800

4. arsTechnica

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