Antimateriale fra lasertang

I dybden af ​​rummet, der er himmellegemer, hvor ekstreme forhold hersker:Hurtigt roterende neutronstjerner genererer superstærke magnetfelter. Og sorte huller, med deres enorme tyngdekraft, kan forårsage enorme, energiske stråler af stof til at skyde ud i rummet. Et internationalt fysikhold med deltagelse af Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) har nu foreslået et nyt koncept, der kunne gøre det muligt at studere nogle af disse ekstreme processer i laboratoriet i fremtiden:Et særligt setup med to højintensitetsintensiteter laserstråler kunne skabe forhold, der ligner dem, der findes nær neutronstjerner. I den opdagede proces, en antimateriale jet genereres og accelereres meget effektivt. Eksperterne præsenterer deres koncept i tidsskriftet Kommunikationsfysik

Grundlaget for det nye koncept er en lille plastikblok, krydset af mikrometer-fine kanaler. Det fungerer som et mål for to lasere. Disse affyrer samtidigt ultra-stærke pulser på blokken, en fra højre, den anden fra venstre - blokken er bogstaveligt talt taget af lasertang. "Når laserpulserne trænger ind i prøven, hver af dem fremskynder en sky af ekstremt hurtige elektroner, "forklarer HZDR -fysiker Toma Toncian." Disse to elektronskyer kører derefter mod hinanden med fuld kraft, interagerer med laseren, der formerer sig i den modsatte retning. "Den følgende kollision er så voldsom, at den producerer et ekstremt stort antal gammakvanta-lyspartikler med en energi, der er endnu højere end røntgenstrålerne.

Sværmen af ​​gammakvanta er så tæt, at lyspartiklerne uundgåeligt støder sammen. Og så sker der noget skørt:Ifølge Einsteins berømte formel E =mc ² , lysenergi kan transformere til stof. I dette tilfælde, hovedsageligt bør der oprettes elektron-positronpar. Positroner er elektronernes antipartikler. Det, der gør denne proces speciel, er, at "meget stærke magnetfelter ledsager den, "beskriver projektleder Alexey Arefiev, en fysiker ved University of California i San Diego. "Disse magnetfelter kan fokusere positronerne til en stråle og fremskynde dem stærkt." I tal:Over en afstand på kun 50 mikrometer, partiklerne skal nå en energi på et gigaelektronvolt (GeV) - en størrelse, der normalt kræver en fuldvoksen partikelaccelerator.

Vellykket computersimulering

For at se om den usædvanlige idé kunne fungere, teamet testede det i en udførlig computersimulering. Resultaterne er opmuntrende; i princippet, konceptet burde være muligt. "Jeg var overrasket over, at de positroner, der blev skabt til sidst, blev dannet til en højenergi og bundtet stråle i simuleringen, "Siger Arefiev glad. Hvad mere er, den nye metode burde være meget mere effektiv end tidligere ideer, hvor kun en enkelt laserpuls affyres mod et individuelt mål:Ifølge simuleringen "laser double strike" skal kunne generere op til 100, 000 gange flere positroner end enkeltbehandlingskonceptet.

"Også, i vores tilfælde, laserne behøver ikke at være helt så kraftfulde som i andre begreber, "Forklarer Toncian." Dette ville sandsynligvis gøre ideen lettere at gennemføre. "Men der er kun få steder i verden, hvor metoden kunne implementeres. Den mest egnede ville være ELI-NP (Extreme Light Infrastructure Nuclear Physics), et unikt laseranlæg i Rumænien, stort set finansieret af EU. Den har to ultrakraftige lasere, der kan skyde samtidigt på et mål-det grundlæggende krav til den nye metode.

Første test i Hamborg

Væsentlige indledende tests, imidlertid, kunne foregå i Hamborg på forhånd:Den europæiske XFEL, den mest kraftfulde røntgenlaser i verden, er placeret der. HZDR spiller en stor rolle i denne storstilede facilitet:Den leder et brugerkonsortium kaldet HIBEF, som har været rettet mod materie i ekstreme stater i nogen tid. "Hos HIBEF, kolleger fra HZDR, sammen med Helmholtz Institute i Jena, udvikler en platform, der kan bruges til eksperimentelt at teste, om magnetfelterne rent faktisk dannes, som vores simuleringer forudsiger, "forklarer Toma Toncian." Dette skulle være let at analysere med de kraftige røntgenblink fra den europæiske XFEL. "

For både astrofysik og atomfysik, den nye teknik kan være yderst nyttig. Trods alt, nogle ekstreme processer i rummet vil sandsynligvis også producere enorme mængder gammaquanta, som derefter hurtigt materialiseres igen til par med høj energi. "Sådanne processer vil sandsynligvis finde sted, blandt andre, i pulsars magnetosfære, dvs. hurtigt roterende neutronstjerner, "siger Alexey Arefiev." Med vores nye koncept, sådanne fænomener kunne simuleres i laboratoriet, i hvert fald til en vis grad, som så ville give os mulighed for at forstå dem bedre. "