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スタートレックの【レプリケーターに挑む科学者たち】光子エネルギーを物質に変える挑戦

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最近の科学者はもう少し楽観的だ。だが実験を行うには膨大なエネルギーの粒子が必要になるため、現時点では実験室で観測されたことはない。
 
 インペリアル・カレッジ・ロンドンの研究者が、高エネルギー粒子がなくてもできる実験装置を考案したのは2014年のことだ。そして、ついに間もなく実験が実際に行われようとしている。

 「これはアインシュタインの有名な公式E=mc2の純粋なデモンストレーションです」と物理学者スティーブ・ローズ教授は説明する。

 「公式は物質がエネルギーに変えられる時に生じるエネルギーの量を述べています。私たちの実験は同じことを逆向きにやります。光子エネルギーを物質に変えるのです。つまりm=E/c2です」

 この実験設備は光子光子衝突型加速器と呼ぶ。2つの超高出力レーザーを利用するもので、1つは可視光を作る光子のエネルギーの1000倍、もう1つは100万倍のエネルギーを持つ。

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 レーザーは光子を作るために使用され、これらを互いに衝突させる。

 まずターゲットチャンバー内で電子が金板に放たれ、高エネルギーの光子ビームが作られる。次に、2つ目の高エネルギーレーザーが「ホーラム」という小さな金の筒に放たれ、熱放射場が作られる。

 ここに光子ビームを通過するように向けると、2つの発生源で生じた光子が衝突する。上手くいけば、この衝突で電荷を帯びた陽電子を検出できるはずだ。
 
 しかしデータの確認は、陽電子が別の背景プロセスで生じていないという確証を得るために、きわめて慎重に行わねばならない。そして成功すれば、ただ驚きなだけでなく、宇宙の理解も進めてくれることだろう。

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 「グレゴリー・ブライトとジョン・ホイーラーがこのメカニズムを1934年に提唱した時、彼らはそれを量子電磁力学という光と物質の相互作用の新理論として用いました」とスチュアート・マングルズ博士は話す。
 
 「量子電磁力学に関する他の基本的予言はすべて実験で実証されましたが、二光子ブライト=ホイーラー過程は一度も観測されていません。それを実証できれば、宇宙が始まって最初の100秒という重要な期間やガンマ線バーストのプロセスを再現することになります。それは宇宙でも最大の爆発であり、物理学上最大のミステリーの1つです」


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