20 mei. 2014
2 minuten
Natuurkundigen van het Imperial College in Londen hebben ontdekt hoe licht kan wordt omgezet in materie – iets dat altijd onmogelijk leek totdat 80 jaar geleden daar de eerste theorieën over werden ontwikkeld. In slechts één dag en ondersteund door vele koppen koffie werkten drie fysici in een klein kantoor in het Imperial’s Blackett Physics Laboratory aan een relatief eenvoudige manier om een theorie te bewijzen die voor het eerst werd geopperd door de wetenschappers Breit en Wheeler in 1934.
Breit en Wheeler stelden dat het mogelijk moet zijn om licht om te zetten in materie door slechts twee lichtdeeltjes (fotonen) te laten botsen, om zo een elektron en een positron te creëren. Dat was de eenvoudigste omzettingsmethode die ooit werd voorspeld. De berekening werd theoretisch in orde bevonden, maar Breit en Wheeler zeiden dat het waarschijnlijk nooit iemand zou lukken om het effect te demonstreren. Het is nog nooit geobserveerd in het laboratorium en bij experimenten in het verleden bleken enorme hoeveelheden hoogenergetische deeltjes nodig.
Photon-photon collider
Met het nieuwe onderzoek wordt nu voor het eerst getoond hoe de theorie van Breit en Wheeler in de praktijk zou kunnen worden bewezen. Zo’n ‘photon-photon collider’, die licht rechtsreeks zou ontzetten in materie, zou met nu al beschikbare technologie kunnen worden gemaakt om hoge-energie natuurkunde-experimenten mee uit te voeren. Dat experiment zou een proces hercreëren dat van belang was in de eerste 100 seconde van het heelal, en dat ook is gezien in gammastraal-uitbarstingen – de grootste explosies in het universum en tevens voor fysici een van de grootste onopgeloste mysteries.
De Londense onderzoekers kwamen tot hun bevindingen in samenwerking met een collega van het Max Planck Institute for Nuclear Physics, die toevallig op bezoek was.
Een demonstratie van de Breit-Wheeler theorie zou het laatste puzzelstukje opleveren in de natuurkundige puzzel die de eenvoudigste manier beschrijft waarin licht en materie samenwerken. De zes andere stukjes in die puzzel, waaronder de theorie van Dirac in 1930 over de vernietiging van elektronen en positronen, en Einsteins theorie uit 1905 over het foto-elektrische effect, zijn alle geassocieerd aan Nobel prijswinnend onderzoek.
baanbrekend experiment
Professor Steve Rose van de Department of Physics van het Imperial College zegt: "Hoewel alle natuurkundigen accepteren dat de theorie klopt, dachten Breit en Wheeler dat hij nooit in het laboratorium zou kunnen worden aangetoond. Nu, bijna 80 jaar later, blijkt dat ze ongelijk hadden. Wat wij zo verrassend vonden, was dat we het kunnen uitvoeren met technologie die al in het Verenigd Koninkrijk beschikbaar is. Wij zijn theoretici, dus we praten nu met anderen die het baanbrekend experiment zouden kunnen uitvoeren."
Pike, O, J. et al. 2014. ‘A photon-photon collider in a vacuum hohlraum’. Nature Photonics, 18 May 2014: dx.doi.org/10.1038/nphoton.2014.95
Anderen lazen ook
