Fizikai pirmą kartą išgavo materiją iš grynos energijos

Su STAR detektoriumi reliatyvistiniame sunkiųjų jonų greitintuve RHIC mokslininkai pateikė dviejų daugiau nei prieš 80 metų prognozuotų fizinių reiškinių įrodymus

VILNIUS, rugpjūčio 2 — Sputnik. Mokslininkai, dirbantys su STAR detektoriumi Brukheiveno nacionalinėje laboratorijoje, JAV, pranešė, kad sugebėjo gauti įtikinamų dviejų daugiau nei prieš 80 metų numatytų fizinių reiškinių — medžiagos susidarymo tiesiogiai iš šviesos ir kad magnetizmas gali sulenkti poliarizuotus fotonus vakuume — įrodymų. Tyrimo rezultatai paskelbti žurnale "Physical Review Letters".

"STAR detektorius yra vienas iš keturių eksperimentų, atliktų JAV Energetikos departamento Brukheiveno nacionalinėje laboratorijoje esančiame reliatyvistiniame jonų greitintuve (RHIC). Pagrindinis atradimas yra tas, kad elektronų ir pozitronų poros — materijos ir antimaterijos dalelės — gali būti sukurtos tiesiogiai susidūrus labai energingiems fotonams, kurie yra kvantiniai šviesos "paketai".

Šis energetinės šviesos pavertimas materija yra tiesioginė Einšteino lygties E = mc2 pasekmė, teigianti, kad energija ir materija arba masė kinta.

Branduolinės reakcijos saulėje ir atominėse elektrinėse reguliariai paverčia medžiagą energija. Dabar mokslininkai šviesos energiją vienu žingsniu tiesiogiai pavertė materija. Antrasis rezultatas rodo, kad šviesos kelias, praeinantis per magnetinį lauką vakuume, skiriasi skirtingai, atsižvelgiant į tai, kaip šviesa yra poliarizuota.

Šis nuo poliarizacijos priklausomas įlinkis, žinomas kaip dvigubas lūžis, atsiranda, kai šviesa pereina per tam tikras medžiagas.

Abu rezultatai buvo pasiekti dėl RHIC STAR detektoriaus galimybės išmatuoti dalelių kampinį pasiskirstymą, susidariusį dėl aukso jonų, judančių beveik šviesos greičiu, susidūrimų. Tokių galimybių nebuvo, kai 1934 metais fizikai Gregory'is Breit'as ir John'as Wheeler'is pirmą kartą aprašė hipotetinę šviesos dalelių susidūrimo galimybę susidarant elektronų ir jų antimaterijos atitikmenų, žinomų kaip pozitronai, poroms.

"Savo straipsnyje Breit'as ir Wheeler'is pažymėjo, kad to padaryti beveik neįmanoma", — Brukheiveno laboratorijos pranešime spaudai sako vienas iš tyrimo autorių, fizikas Zhangbu Xu, RHIC STAR bendradarbiavimo narys.

Dar nebuvo lazerių, tačiau Breit'as ir Wheeler'is pasiūlė alternatyvą — greitinti sunkiuosius jonus. Ir būtent tai daroma RHIC. Mokslininkai išsklaidė aukso jonus iki 99,995 procentų šviesos greičio dviejuose susidūrimo žieduose.

"Mes turime du fotonų debesis, judančius priešingomis kryptimis, turinčius pakankamai energijos ir intensyvumo, kad, kai du jonai slystų vienas prieš kitą nesusidurdami, šie fotonų laukai galėtų sąveikauti", — aiškina Zhangbu Xu.

STAR fizikai stebėjo sąveiką ir ieškojo numatomų elektronų-pozitronų porų. Tačiau tokias dalelių poras galima sukurti pasitelkiant trumpalaikių "virtualių" fotonų būsenas. Norėdami atskirti tikrus fotonus nuo virtualių, tyrėjai išanalizavo kiekvieno elektrono kampinio pasiskirstymo dėsningumus, palyginti su jo pozitronu.

Šie pasiskirstymo modeliai skiriasi poroms, susidariusioms sąveikaujant realiems ir virtualiems fotonams.

"Mes taip pat matavome sistemų energiją, masės pasiskirstymą ir kvantinius skaičius. Tai atitinka teorinius skaičiavimus ir patvirtina, kad tai galėjo atsitikti su tikrais fotonais", — sakė tyrimo dalyvis Daniel'is Brandenburg'as, Brukheiveno laboratorijos tyrėjas.

Rezultatai pateikia aiškius įrodymus apie tiesioginį materijos ir antimaterijos porų kūrimąsi susidūrus fotonams, kaip iš pradžių numatė Breit'as ir Wheeler'is. Kito eksperimento metu mokslininkai įrodė, kad poliarizacija veikia šviesos sąveiką su magnetiniu lauku vakuume. Šis efektas, panašus į tai, kaip bangos ilgio skirtumai baltą šviesą skiria į vaivorykštę, buvo numatytas dar 1936 metais. Tačiau eksperimento metu pirmą kartą buvo pastebėtas nuo poliarizacijos priklausomos šviesos deformacijos reiškinys vakuume.