Cercetătorii din cadrul Institute of Applied Physics al Russian Academy of Sciences (IAP RAS) au anunțat că au reușit să înţeleagă cum se poate crea materie şi antimaterie cu ajutorul laserelor.

Progresele înregistrate în tehnologia laserelor permit cercetătorilor să exploreze interacțiunile dintre radiație și materie la o intensitate fără precedent. Prin concentrarea unor fascicule laser de mare putere, cercetătorii pot genera câmpuri electrice având o intensitate mai mare decât cele din atomi și în curând acestea ar putea fi suficient de puternice pentru a crea materie si antimaterie.

Crearea de materie și antimaterie cu ajutorul laserelorCrearea de materie şi antimaterie cu ajutorul laserelor. Credit: Wikimedia Commons

Într-un studiu recent al cercetătorilor din cadrul Institute of Applied Physics al Russian Academy of Sciences (IAP RAS) se explică modalitatea de producere a electronilor și pozitronilor în urma interacțiunii dintre fasciculele laser de intensitate mare și materie. Cu alte cuvinte, se arată cum se poate crea materie şi antimaterie cu ajutorul laserelor.

Atunci când electronii se deplasează într-un câmp electric puternic se generează radiații gamma, deoarece o mare parte din energia acestora este convertită în radiaţii electromagnetice. Fotonii de mare energie care rezultă în acest mod interacţionează cu fasciculele laser și se generează perechi electron-pozitron.

O pereche electron-pozitron

O pereche electron-pozitron. Credit: NASA Astrophysics

Igor Kostyukov din cadrul IAP RAS a declarat următoarele:

„Un câmp electric puternic poate „fierbe” vidul, care este plin de „particule virtuale” cum ar fi perechi electron-pozitron. Practic, acest câmp poate converti aceste particule dintr-o stare virtuală, în care particulele nu sunt observabile, într-o stare reală”.

Explicatiile lui Igor Kostyukov se bazează pe rezultatelor unor calcule din electrodinamica cuantică sau QED (Quantum ElectroDynamics).

O cascadă QED este un fenomen QED impresionant care este declanșat și întreținut cu ajutorul laserelor.

O cascadă QED începe prin accelerarea electronilor şi pozitronilor cu ajutorul laserelor. Consecinţa este emisia unor fotoni de mare energie, care la rândul lor generează în avalanşă perechi electron-pozitron. Chiar dacă fenomenul de cascadă QED este prezis de electrodinamica cuantică, acesta nu a fost încă observat în condiții de laborator.

Pe baza electrodinamicii cuantice, cercetătorii au analizat prin simulări numerice modul cum fasciculele laser intense pot interacționa cu o foiţă de material. În mod surprinzător, ei au descoperit că există mai mulți fotoni de mare energie produşi de pozitroni în comparaţie cu cei produşi de electroni, ceea ce în timp conduce la o creștere exponențială a numărului de pozitroni.

Cercetătorii au dedus de aici că dacă într-un experiment se poate obţine un număr mare de pozitroni, atunci înseamnă că mulţi dintre ei au rezultat în urma unui fenomen de cascadă QED.

Descoperirea cercetătorilor poate deschide noi perspective pentru producerea de materie și antimaterie într-un mod eficient și rentabil. De asemenea, antimateria produsă în acest fel ar putea schimba radical modalitatea de propulsie a viitoarelor nave spațiale.

Problema constă în eficiența proceselor de producere a antimateriei și costul de producție și depozitare a acesteia. Pentru un 1 gram de antimaterie se consumă aproximativ 25 de milioane de miliarde de kWh de energie și costul unui gram de antimaterie depăşeşte un milion de miliarde de dolari.

Studiul cercetătorilor oferă, de asemenea, o nouă perspectivă privind proprietăţile diferitelor tipuri de interacțiuni dintre lasere și materie, care ar putea deschide, în cele din urmă, calea pentru realizarea unor aplicații practice, inclusiv dezvoltarea unor surse mult mai puternice de fotoni de mare energie și pozitroni.

Cercetătorii intenţionează să extindă studiul acestor interacțiuni pentru a analiza o gamă cât mai mare de parametri care influenţează eficienţa proceselor de producere a antimateriei.

Surse: Newswise, Science Alert