Доказательство теории Эйнштейна в лаборатории
Совместные усилия научных коллективов из Китая и Великобритании приближают человечество к экспериментальному подтверждению одного из фундаментальных принципов физики — взаимопревращаемости материи и энергии. Если ядерное оружие наглядно продемонстрировало превращение вещества в огромное количество энергии, то обратный процесс — создание материи из света или тепла — до сих пор оставался лишь теоретической возможностью. Успех этих экспериментов не только подтвердит знаменитую формулу Эйнштейна E=mc², но и откроет совершенно новую область науки — ядерную фотонику, потенциал которой сегодня сложно даже представить.
Китайский проект «Станция экстремального света»
В Шанхае с 2018 года ведётся разработка уникальной лазерной установки «Станция экстремального света» (Station of Extreme Light, SEL). Её ключевая цель — создание лазера рекордной мощности в 100 петаватт, что в 10 000 раз превышает мощность всех энергосетей планеты, вместе взятых. Такой луч будет обладать интенсивностью, в десять триллионов раз превосходящей солнечный свет. По планам китайских исследователей, этот инструмент позволит буквально «пробивать» космический вакуум, извлекая из него частицы материи и антивещества. Таким образом, в лабораторных условиях можно будет воспроизвести процессы, которые, согласно современным космологическим теориям, привели к рождению нашей Вселенной.
Наука о «непустом» вакууме
Физическая основа этих экспериментов кроется в квантовой природе вакуума. Согласно квантовой электродинамике, вакуум — это не абсолютная пустота, а «кипящий бульон» из постоянно рождающихся и аннигилирующих виртуальных пар частиц и античастиц (например, электронов и позитронов). Мощнейший лазерный импульс может вмешаться в этот процесс, разделив такие пары до момента их взаимного уничтожения. Это явление, предсказанное теоретически, известно как «нарушение» или «разрушение вакуума». Образовавшиеся реальные частицы, в свою очередь, могут испускать гамма-излучение и порождать новые пары, создавая каскад, который уже можно зафиксировать детекторами.
Британский подход и исторический контекст
Параллельно над этой задачей работают физики из Имперского колледжа Лондона. Их метод, детально описанный в журнале Nature Photonics, состоит из нескольких этапов. Сначала пучок электронов, направленный в золотую пластину, генерирует поток высокоэнергетических фотонов. Затем мощный лазер фокусируется на микроскопической золотой полости — «хольрауме», создавая в ней свет невероятной яркости, сравнимой со светом звёзд. При столкновении двух этих фотонных потоков в полости, по расчётам учёных, должно рождаться до 100 000 пар электронов и позитронов.
Интересно, что сама идея превращения света в вещество была высказана ещё в 1934 году американскими физиками Грегори Брейтом и Джоном Уилером. Однако они считали этот процесс настолько маловероятным и сложным для наблюдения, что даже не надеялись на его экспериментальное подтверждение в обозримом будущем. Современные технологии, такие как сверхмощные лазеры, делают когда-то «безнадёжную» идею осуществимой.
Обратите внимание: Ученые хотят выращивать компьютеры в лаборатории.
Значение прорыва и границы реальности
Успех этих экспериментов станет триумфом квантовой электродинамики и наглядной демонстрацией единства фундаментальных составляющих мироздания. «Захватывает дух от мысли, что вещи, которые мы считали разными — материя и энергия, частицы и свет — на самом деле могут превращаться друг в друга», — отмечает Андрей Серый, директор Института Джона Адамса в Оксфорде.
Важно понимать, что речь идёт не о создании макроскопических объектов «из ничего», как в научной фантастике. Учёные работают с рождением субатомных частиц, невидимых глазу. Тем не менее, это фундаментальное достижение заложит основу для технологий будущего, природу которых сегодня мы можем только предполагать.
DAVE MAKICHUK
Источники: Explica.co, The Guardian, Nature Photonics
Еще по теме здесь: Новости науки и техники.
Источник: Китайские и британские лаборатории находятся на грани прорыва в лазерной материи.