Físicos del Imperial College London han descubierto cómo crear materia a partir de la luz – una hazaña que parecía imposible cuando la idea fue teorizada por primera vez hace 80 años.
En el Laboratorio de Física Blackett del Imperial College London, tres físicos han elaborado una forma relativamente sencilla de probar físicamente una teoría ideada inicialmente por los científicos Breit y Wheeler en 1934. Esta teoría sugería que debería ser posible convertir la luz en materia desintegrando sólo dos partículas de luz juntas (fotones), para crear un electrón y un positrón – el método más simple jamás anticipado de convertir la luz en materia. El cálculo mostró ser teóricamente sólido aunque Breit y Wheeler expresaron que no esperaban que nadie nunca demostrara físicamente su predicción. Nunca se ha observado en el laboratorio y los experimentos anteriores para probarlo han requerido la adición masiva de partículas de alta energía.
Colisionador de fotones
La nueva investigación, publicada en la revista Nature Photonics, muestra por primera vez cómo la teoría Breit y Wheeler se podía probar en la práctica. Este » colisionador fotón –fotón” o colisionador de fotones, que convertiría la luz directamente en materia mediante una tecnología ya disponible, sería un nuevo tipo de experimento de física de alta energía. Este experimento recrearía un proceso que fue muy importante en los primeros 100 segundos del universo y que también se ve en los estallidos de rayos gamma, que son las mayores explosiones del universo y uno de los mayores “misterios sin resolver de la física”.
El profesor Steve Rose, del Departamento de Física del Imperial College London , dijo : «Lo más sorprendente para nosotros fue el descubrimiento de cómo podemos crear materia directamente de la luz utilizando la tecnología que tenemos disponible hoy en día en el Reino Unido . Como nosotros somos los teóricos ahora estamos hablando con otras personas que puedan utilizar nuestras ideas para llevar a cabo este experimento histórico».
Experimento en dos fases
El experimento de colisionador de fotones que han propuesto los científicos implica dos pasos principales. En primer lugar, los científicos usarían un láser de alta intensidad extremadamente potente para acelerar los electrones hasta justo debajo de la velocidad de la luz. En ese momento dispararían estos electrones en una losa de oro para crear un haz de fotones un billón de veces más energético que la luz visible.
La siguiente etapa del experimento implica un minúsculo recipiente de oro denominado un hohlraum (término alemán para «cuarto vacío”) . Los científicos podrían disparar un láser de alta energía en la superficie interna de este recipiente de oro, para crear un campo de radiación térmica, lo que genera una luz similar a la luz emitida por las estrellas.
Entonces, redirigirían el haz de fotones de la primera etapa del experimento a través del centro del recipiente propiciando el choque de los fotones de las dos fuentes y la formación de electrones y positrones posibilitando detectar la formación de éstos cuando salieran del recipiente.
Aun hay que completar el experimento
El investigador principal, Oliver Pike quien actualmente está completando su doctorado en física de plasma, dijo: » A pesar de que la teoría es conceptualmente simple, ha sido muy difícil de verificar experimentalmente. Hemos sido capaces de desarrollar la idea para el colisionador de fotones muy rápidamente y el diseño experimental que proponemos se puede realizar con relativa facilidad y con la tecnología existente. A las pocas horas de buscar nuevas aplicaciones de los hohlraum más allá de su papel tradicional en la investigación de la energía de fusión, nos quedamos asombrados al descubrir que proporcionaron las condiciones perfectas para la creación de un colisionador de fotones. La carrera para llevar a cabo y completar el experimento está en marcha! «
La investigación llevada a cabo en colaboración con el Max- Planck -Institut für Kernphysik ha sido financiada por el Consejo de Ingeniería y Ciencias Físicas de Investigación ( EPSRC) , el Instituto John Adams Acelerador de la Ciencia y el Atomic Weapons Establishment ( AWE).
