Новое исследование ученых продемонстрировало возможность создать ускоряющуюся струю антиматерии из света.

Группа физиков показала, что лазеры высокой интенсивности можно использовать для генерации сталкивающихся гамма-фотонов — самых высоких длин волн света — для образования электрон-позитронных пар. Они говорят, что это может помочь нам понять среду вокруг некоторых из самых экстремальных объектов Вселенной: нейтронных звезд.

Процесс создания пары частиц материя-антиматерия — электрона и позитрона — из фотонов называется процессом Брейта-Уиллера, и его чрезвычайно сложно достичь экспериментально.

Вероятность того, что это произойдет при столкновении двух фотонов, очень мала. Вам нужны фотоны очень высоких энергий, или гамма-лучи, и их много, чтобы максимизировать шансы наблюдения.

У нас пока нет возможности создать гамма-лазер, поэтому фотон-фотонный процесс Брейта-Уиллера в настоящее время остается экспериментально недостижимым. Но группа физиков во главе с Ютонгом Хе из Калифорнийского университета в Сан-Диего (UC San Diego) предложила новый обходной путь, который, согласно их моделированию, действительно может сработать.

В эксперименте задействован пластиковый блок, на котором на микрометровой шкале вырезан узор из перекрещивающихся каналов. Два мощных лазера, по одному по обе стороны от блока, стреляют по этой цели сильными импульсами.

«Когда лазерные импульсы проникают в образец, каждый из них ускоряет облако чрезвычайно быстрых электронов», — сказал физик Тома Тонциан из исследовательской лаборатории Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf в Германии.

«Два электронных облака затем мчатся навстречу друг другу, взаимодействуя с лазером, распространяющимся в противоположном направлении».

В результате столкновение настолько энергично, что производит облако гамма-фотонов. Исследователи заявили, что эти гамма-фотоны должны сталкиваться друг с другом, чтобы произвести электрон-позитронные пары, в соответствии с общей теорией относительности Эйнштейна.

Что еще более захватывающе, этот процесс должен генерировать мощные магнитные поля, которые коллимируют позитроны (а не электроны) в сильно ускоренные струйные лучи. Исследователи обнаружили, что на расстоянии всего 50 микрометров ускорение должно увеличить энергию частиц до одного гигаэлектронвольта.

Коллимация и ускорение пучка позитронов напоминали мощные струи коллимированных частиц, излучаемые сильно магнитными, быстро вращающимися нейтронными звездами, известными как пульсары.

Ученые считают, что процессы, происходящие рядом с этими звездами, могут привести к образованию облаков гамма-излучения, как и в предложенном ими эксперименте.

«Такие процессы, вероятно, будут иметь место, среди прочего, в магнитосфере пульсаров», — сказал физик Алексей Арефьев из Калифорнийского университета в Сан-Диего.

Предварительные испытания на европейской рентгеновской лазерной установке XFEL должны выявить, генерируется ли магнитное поле, как это было предсказано при моделировании.