Crear materia con láser podría ser posible, según modelos recientes
Utilizando simulaciones, los investigadores sugieren que es posible producir materia en un laboratorio utilizando únicamente láseres. En particular, la potencia de los láseres que tenemos actualmente permitiría condiciones propicias para las colisiones entre fotones, el mecanismo fundamental por el cual se forma la materia en el Universo. Los futuros experimentos resultantes de esta investigación podrían ayudar a probar varias teorías sobre la composición del Universo.
Según la famosa ecuación de Einstein, que establece que la energía es igual a la masa multiplicada por la velocidad de la luz al cuadrado (E=mc2), la materia sólo puede generarse a partir de la luz. Esto podría lograrse mediante colisiones entre fotones, en las que los iones metálicos (como el oro) se acelerarían a velocidades muy altas. La aceleración permitirá que estos iones queden “envueltos” en fotones, que al chocar generarán materia y antimateria, como ocurrió durante el Big Bang.
Aunque este fenómeno ya se ha observado en púlsares, nunca se ha llevado a cabo en laboratorio debido a la altísima potencia de los láseres. Sin embargo, investigadores de la Universidad de Osaka y la Universidad de California en San Diego sugieren que esto se puede hacer utilizando una configuración sorprendentemente simple y láseres disponibles actualmente. Su simulación, realizada como parte de un nuevo estudio publicado en la revista. Cartas de revisión física, muestra que es posible realizar colisiones fotón-fotón con intensidades de láser ya obtenidas.
Más fácil de experimentar
Las simulaciones del nuevo estudio muestran que al interactuar con el intenso campo electromagnético creado por un láser, un plasma (es decir, un gas ionizado) puede autoorganizarse para formar un colisionador de fotones. En este caso se generarán intensos rayos gamma, cuya densidad es 10 veces mayor que la densidad de los electrones en el plasma original. Su energía también será un millón de veces mayor que la de los fotones láser.
Los fotones chocan para formar pares de electrones y positrones (o antielectrones). Los positrones serán entonces acelerados por el campo eléctrico del plasma, dando como resultado un haz de positrones en el rango de los gigaelectronvoltios. En otras palabras, el campo de plasma, en lugar del láser, actuará como acelerador de positrones. Esto sugiere que todo el proceso puede conducir eventualmente a la formación de materia y antimateria, en particular las partículas subatómicas que las componen.
El protocolo de simulación estudiado en este trabajo se basa en el proceso lineal Bright-Wheeler o proceso de dos fotones. » Esta es la primera simulación de la aceleración de positrones utilizando el proceso lineal de Bright-Wheeler en condiciones relativistas «, explica en un comunicado de prensa el coautor del estudio, A. Arefiev, de la Universidad de California en San Diego.
El proceso de Breit-Wheeler es un proceso físico en el que se crea un par positrón-electrón mediante la colisión de dos fotones. Este es, entre otras cosas, el mecanismo más sencillo mediante el cual la luz pura se puede convertir en materia. En el proceso lineal de Breit-Wheeler, la aniquilación de los rayos gamma energéticos (es decir, la conversión de su masa en energía) da como resultado la formación de pares electrón-positrón. Además, mientras que un proceso no lineal requeriría una intensidad de radiación láser superior a 10 23 W por centímetro cuadrado, el proceso de dos fotones no requiere tal intensidad, ya que depende más de la densidad de radiación gamma.
El uso de intensidades de láser experimentalmente realistas (es decir, relativamente modestas) puede facilitar la implementación experimental del proceso de formación de materia. » Creemos que nuestra propuesta es experimentalmente viable y esperamos implementarla en el mundo real «, dice Vyacheslav Lukin, director del programa de la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU., que apoyó el trabajo. En última instancia, los experimentos podrían ayudar a probar teorías de larga data, como la materia oscura, y tal vez descubrir nuevos fenómenos físicos.
