Ученые поражают гамма-лучами захваченные электроны для генерации каскада пар материя-антивещество.
Оптическая ловушка для плазмы вещества-антивещества. Ловушка образована четырьмя лазерами, расположенными в одной плоскости, и все они идут в одну точку. Когда лазеры перекрываются, они образуют двумерную волну с электрическими полями, показанными на рисунке. В центре крошечный объект, нанопроволока в 100 раз тоньше человеческого волоса. Электроны отбиваются от провода и ускоряются с околосветовой скоростью. Они попадают в ловушку волны, поэтому, когда они теряют большую часть своей энергии, излучая свет, они снова разгоняются. Фотоны производят электрон-позитронные пары, которые сами по себе ловушки. Этот процесс может создать плотную электрон-позитронную плазму, которая в конечном итоге преобразует большую часть доступной лазерной энергии в гамма-лучи. ©Мария Вранич, Институт Высшей школы, Лиссабонский университет
Антиматерия - это экзотический материал, испаряющийся при контакте с обычным веществом. Если бы вы попали в бейсбольный мяч из антиматерии битой, состоящей из обычного вещества, он взорвался бы во вспышке света. Редко можно найти антиматерию на Земле, но, как полагают, она существует в самых дальних пределах Вселенной. Удивительно, что антиматерия может быть создана из ничего - ученые могут создавать взрывы материи и антиматерии одновременно, используя чрезвычайно активный свет.
Как ученые создают антиматерию? Когда электроны, отрицательно заряженные субатомные частицы, двигаются вперед и назад, они выделяют свет. Если они двигаются очень быстро, они выделяют много света. Отличный способ заставить их двигаться вперед и назад - это взрывать их мощными лазерными импульсами. Электроны становятся почти такими же быстрыми, как свет, и генерируют пучки гамма-лучей. Гамма-лучи похожи на рентгеновские лучи, например, в кабинетах врачей или на линиях безопасности в аэропортах, но они намного меньше и имеют еще больше энергии. Луч света очень острый, где-то около толщины швейной иглы даже в нескольких метрах от своего источника.
Когда гамма-лучи, создаваемые электронами, сталкиваются друг с другом, они могут создавать пары материи-антивещества - электрон и позитрон. Теперь ученые разработали новый, еще более эффективный трюк для создания этих пар материи-антиматерии.
Радиация излучаемая высокорелятивистскими электронами. Некоторые электроны теряют 80 процентов своей энергии в одной эмиссии. Этот пучок гамма-луча очень узкий: если вы направите его на стену дома на другой стороне улицы, он сделает пятно меньше, чем ваш кончик пальца. ©Мария Вранич, Институт Высшей школы, Лиссабонский университет.
"Мы разработали "оптическую ловушку", которая мешает электронам перемещаться слишком далеко после того, как они излучают гамма-лучи", - сказала Мария Вланич из Лиссабонского университета, которая представит свою работу в Отделе физического общества физики плазмы Portland, Ore. "Они попадают в ловушку, где их снова можно поразить мощными лазерными импульсами, что создает больше гамма-лучей, еще больше пар частиц".
Этот процесс повторяется, и число пар растет очень быстро в так называемом "каскаде". Процесс продолжается до тех пор, пока частицы, которые были созданы, очень плотные.
Каскады, как полагают, происходят естественным образом в далеких уголках Вселенной. Например, быстро вращающиеся нейтронные звезды, называемые пульсарами, имеют чрезвычайно сильные магнитные поля, в триллион раз сильнее, чем магнитные поля на Земле, которые могут создавать каскады.
Изучение каскадов в лаборатории могло бы пролить свет на тайны, связанные с астрофизической плазмой в экстремальных условиях. Эти лучи могут также иметь промышленные и медицинские приложения для неинвазивного высококонтрастного изображения. Дальнейшие исследования необходимы, чтобы сделать источники более дешевыми и эффективными, чтобы они стали широко доступными.