Мощные лазеры могут создавать антивещество, имитируя условия нейтронной звезды

Некоторые из величайших загадок космологии связаны с антивеществом, но его очень трудно изучать, поскольку чрезвычайно сложно получить в лаборатории. Группа физиков обрисовала в общих чертах относительно простой новый способ создания антивещества, который поможет продвинуться в данном направлении.

Направляя два лазера друг на друга, ученые фактически воспроизводят условия в окрестностях нейтронных звезд, преобразуя свет в материю и антивещество

Сам концепт антивещества звучит просто — оно похоже на обычное вещество, за исключением того, что его частицы имеют противоположный заряд. Однако это отличие несет в себе крайне важные последствия: если материя и антивещество когда-либо встретятся, они аннигилируют друг друга с выделением огромного количества энергии. Фактически, это обстоятельство должно было разрушить Вселенную миллиарды лет назад, но, очевидно, этого не произошло. Так почему именно материя стала доминировать в мироздании? Что склонило чашу весов в ее пользу? И, что самое интересное, куда делось все антивещество?

К сожалению, из-за нехватки и нестабильности антивещества трудно найти ответы на эти вопросы. Он создается естественным образом в экстремальных условиях, таких как удары молнии, вблизи черных дыр и нейтронных звезд, а также искусственно на огромных объектах, таких как Большой адронный коллайдер.

Но теперь исследователи разработали новый метод, позволяющий производить антивещество даже в небольших лабораториях. Хотя команда еще не построила устройство, предварительное моделирование показывает, что этот принцип реализуем.

Прибор опирается на концепцию стрельбы двумя мощными лазерами по пластиковому блоку. Этот блок будет пронизан крошечными каналами шириной всего в микрометры. Когда каждый лазер поражает цель, он ускоряет облако электронов в материале и заставляет их двигаться все быстрее — пока они не столкнутся с облаком электронов, идущим в другую сторону от противоположного лазера.

Toma Toncian Симуляция того, как изменяется плотность плазмы (черно-белая) при попадании на нее мощных лазеров с обеих сторон.

Это столкновение производит множество гамма-лучей, а из-за чрезвычайно узких каналов фотоны с большей вероятностью также столкнутся друг с другом. Это, в свою очередь, спровоцирует появление потоков вещества и антивещества, в частности электронов и их «антивещественного» эквивалента — позитронов. Наконец, магнитные поля вокруг системы фокусируют позитроны в пучок антивещества и ускоряют его до чрезвычайно высокой энергии.

«Такие процессы могут иметь место, в том числе, в магнитосфере пульсаров, то есть быстро вращающихся нейтронных звезд», — рассказал автор исследования Алексей Арефьев. «В рамках новой концепции такие явления можно было бы смоделировать в лаборатории, по крайней мере, до некоторой степени, которая позволила бы нам лучше понять их природу».

Команда заявляет, что новый метод очень эффективен и производит в 100000 раз больше позитронов, чем один лазер. При этом лазеры не обязательно должны достигать пиковых мощностей с самого начала. Результирующий пучок антивещества может достигать энергии 1 гигаэлектронвольт (ГэВ) на расстоянии всего 50 микрометров, что обычно требует крупномасштабных ускорителей частиц.

На данный момент концепция остается спекулятивной, но команда утверждает, что технологии, позволяющие реализовать ее, уже существуют и даже реализованы на некоторых объектах. Новое изобретение может подарить более детальное понимание экстремальных условий, что формируются вокруг черных дыр и нейтронных звезд, и потенциально помочь нам разгадать космическую загадку антивещества.