「光を物質に変える?」理論的な可能性に挑戦

理論的には、光を物質に変えることができる。しかし、それを実現するのは、少なくとも「言葉は容易では、することは難しい」である。

 

これ理論化されてから84年が過ぎた今、一部の研究者は、それが可能かもしれないと考えた。そして、その実験が今まさに始まろうとしている。


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これはブライト - ウィーラーのプロセス(Breit-Wheeler process)といい、まさにアインシュタイン特殊相対性理論から誘導された式「E= mc2」を語っている。

 

- 光で物質を生む。理論上は可能ですが実現不可能?

 

これ最初に記述されたのは、1934年に、グレゴリーブライト、ジョンウィーラーの論文である。

 

論文では、二人は、2つの光子(光の粒子)を衝突させると、陽電子と電子が生じる提唱した。つまり、光と物質が生じるのである。実行することは容易なことではない。実際ブライトとウィーラーは不可能だとさえ思った。

 

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- 光子エネルギーを物質に変える挑戦

 

最近の科学者たちは、より楽観的である。しかし、実験をするには膨大なエネルギーの粒子が必要なため、現在は実験室で観察されたことがない。

 

インペリアル・カレッジ・ロンドンの研究チームが、高エネルギー粒子がなくても行うことができる実験装置を考案したのは2014年のことである。そして最後に、すぐに実験が実際に行われれようとしている。


「これはアインシュタインの有名な公式E = mc2の純粋なデモです」と物理学者スティーブン・ローズ教授は説明。

 

"公式には物質がエネルギーに変わるときに生じるエネルギーの量を指します。私たちの実験は、同じことを反対方向にします。光子エネルギーを物質に変えることです。つまりm = E / c2です"

 

この実験設備は、光子光子衝突型加速器と呼ぶ。 2つの超高出力レーザーを用いることで、一つは可視光線を作る光子エネルギーの1000倍、他の一つは、100万倍のエネルギーを持つ。

 

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レーザーは、光子を作るために使用され、これらを互いに衝突させる。

 

まず、ターゲットチャンバー内で電子が金版に釈放されて、高エネルギー光子ビームが作られる。次に、第二の高エネルギーレーザーが「ホロム」と呼ばれる小さな箱に発射され、熱放射空間が作られる。


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ここで光子ビームを通過するように回すと、二発生源で発生した光子が衝突する。うまくいけば、この衝突で電荷を帯びた陽電子を発見することができる。


しかし、データの確認は、陽電子が別のバックグラウンドプロセスで発生していない確証を得るために非常に慎重に行われなければならない。そして成功すれば、ただ驚きだけでなく、宇宙の理解も一層進むだろう。

 

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「グレゴリーブライト、ジョンウィーラーが、このメカニズムを1934年に提唱したとき、彼らはそれを量子電磁力学という光と物質の相互作用の新しい理論的に使用しました」とスチュワートだけグルジュ博士は述べている。

 

「量子電磁力学に関する他の基本的な予言は、すべての実験で実証されたが、二光子ブライト - ウィーラーのプロセスは、一度も観察されなかった。それを証明することができていれば、宇宙が始まった最初の100秒という重要な瞬間やガンマ線爆発の過程を再現することです。これは、宇宙で最も大きな爆発であり、物理学最大の謎の一つである"

 

うまくいかない可能性もある。しかし、それだけで良いの科学的成果だ。失敗した場合の後には、よりよく出来るように工夫することができるからである。


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