找不到反物质？那就制造它！物理学家成功发明实验室制造反物质方法

科学家的一项新研究证明了研究人员能够从光中产生加速的反物质射流的具体方法。

一组物理学家已经证明，高强度激光可用于产生碰撞伽马光子。这可以帮助我们了解宇宙中一些最极端的物体周围的环境：中子星。

用光子制造物质-反物质粒子对（一个电子和一个正电子）的过程被称为布雷特-惠勒（Breit-Wheeler）过程，通过实验很难实现。

两个光子碰撞时发生的概率非常小。要实现这一点，必须具备非常高能的光子或伽马射线，以及很多这样的光子，以最大限度地提高观察机会。

由于我们还没有能力制造伽马射线激光器，因此布雷特-惠勒（Breit-Wheeler）正负电子对从未在实验室里被观察到过。但由加州大学圣地亚哥分校 (UC San Diego) 的 Yutong He 领导的一组物理学家提出了一种新的解决方法，根据他们的模拟，该方法实际上可行。

这个实验先放置了一个塑料块，上面刻有微米级纵横交错的通道图案，然后由两个强大的激光在方块的两侧，向这个目标发射强脉冲。

“当激光脉冲穿透样品时，它们中的每一个都会加速一团极快的电子，”德国亥姆霍兹-Zentrum Dresden-Rossendorf 研究实验室的物理学家 Toma Toncian 说。

“然后，这两个电子云以全力冲向对方，与沿相反方向传播的激光相互作用。”

由此产生的碰撞能量如此之大，以至于产生了一团伽马光子。研究人员说，根据爱因斯坦的广义相对论，这些伽马光子应该相互碰撞以产生正负电子对。

更令人兴奋的是，这个过程应该会产生强大的磁场，将正电子（而不是电子）准直成强烈加速的喷射状光束。研究人员发现，在仅 50 微米的距离内，加速应该会将粒子的能量增加到 1 千兆电子伏特。

a由线性 Breit-Wheeler 过程在纵向和横向坐标x和y处产生电子-正电子对的概率密度。在x ( y ) 上积分并归一化为总对数的密度显示在右侧（上图）。b电子-正电子对在时间由线性 Breit-Wheeler 过程产生的概率密度，由光子在时间t发出的。

研究人员使用复杂的计算机模拟测试了他们的模型，发现这个实验方法完全可行，即使使用的激光功率比以前的建议低也不影响可行性。

正电子束的准直和加速不仅会提高粒子的探测率，而且与被称为脉冲星的强磁性、快速旋转的中子星发出的强大准直粒子射流有很强的相似性。

科学家们认为，在这些恒星附近发生的过程可能会导致伽马辐射云，类似于他们提议的实验。

“这种过程很可能发生在脉冲星的磁层中，”加州大学圣地亚哥分校的物理学家 Alexey Arefiev 说。

“有了我们的新概念，这种现象可以在实验室中模拟，至少在某种程度上，这将使我们能够更好地理解它们。”

欧洲 XFEL X 射线激光设施的初步测试应揭示是否产生了磁场，正如模拟所预测的那样。

最终，该团队希望他们的实验可以在罗马尼亚最近开放且高度先进的极光基础设施核物理设施中进行，该设施拥有两个强大的短脉冲激光器和伽马射线束。

该论文已发表在Communications Physics 上。

前瞻经济学人APP资讯组

参考资料：

https://www.sciencealert.com/physicists-have-figured-out-how-we-could-make-antimatter-out-of-light