タクヤンの情報発信部屋

色々な分野での生活をちょっとでもよくする?情報を毎日配信予定

「ブライト-ホイーラー過程」を実証する為に光を物質化する実験を開始

 

 

f:id:taurs-0505:20180406151226j:plain

 

インペリアル・カレッジ・ロンドン(ICL)などの英国研究チームは、
光が相互作用して物質化する「ブライト-ホイーラー過程」と呼ばれる現象を実証するための実験を開始すると発表した。

ブライト-ホイーラー過程は、
1934年に物理学者グレゴリー・ブライトとジョン・ホイーラーによって予想された物理現象であり、
2個の光子が高エネルギーで衝突することによって物質粒子である電子と陽電子が1個ずつ生成される。

光子の衝突エネルギーを極めて高くする必要があるために、
これまでは、ブライト-ホイーラー過程を実験的に確かめることは不可能であると考えられてきた。
しかし、2014年になってから、核融合の研究で使われている高出力レーザーを利用することによって
既存の技術でも実験を実現できるというアイデアが提案された。
今回の研究は、このアイデアにもとづいて実際の実験装置を組み上げて、
ブライト-ホイーラー過程の実証を目指して行われたもの。

2014年に提案された実験方法では、まず第1段階として、超高強度のレーザーを用いて、電子を光速近くまで加速する。
すると、この電子を金平板に衝突させることによって可視光の10億倍という高エネルギーの光子ビームを生成する。

第2段階では、金の微小空洞の内部表面に高エネルギーのレーザーを照射して、熱放射場を発生させる。
この熱放射場からは恒星が光を発するのと同じように光が放射される。

次に、第1段階の高エネルギー光子ビームを、第2段階の金空洞の中心部に向けて打ち込む。
すると2つの光源からの光子同士が衝突するが、
このときの衝突エネルギーはブライト-ホイーラー過程によって電子と陽電子が生成されるために
必要なエネルギーレベルに達すると考えられている。実験では、このとき生成される電子と陽電子の検出を行う。

今回実際に使用される実験装置では、2本の高出力レーザービームを使って光子同士を衝突させる。
一方のレーザーの出力は可視光の約10億倍、もう一方は可視光の約1000倍のエネルギーとする。
このビームをチャンバ内の2個のターゲットに集束させる。
チャンバは、レーザービームを集束するための複雑な光学系と、荷電粒子を逸らすための磁石を備えている。

ブライト-ホイーラー過程が起これば、チャンバから陽電子が出てくるはずなのでそれを検出する。
陽電子が実際に検出された場合には、
それが他のバックグラウンド由来のものでなく本当にブライト-ホイーラー過程によるものだったかどうか、
データを慎重に分析していくことになる。

アインシュタインの一般相対性理論によれば、
質量mの物質をすべてエネルギーに変換するとE=mc2という方程式にしたがって莫大なエネルギーが得られる
(cは光速)。この式を等式変形するとm=E/c2となるので、エネルギーEからはE/c2という質量をもった物質が得られることになる。
これがブライト-ホイーラー過程で生成される電子と陽電子の質量に相当すると考えられる。

研究リーダーのStuart Mangles博士は
「この実証に成功した場合、宇宙誕生後の最初の100秒間で起こったプロセス、
また宇宙物理学上の大きな謎であるガンマ線バーストなどを再現したことになる」とコメントしている。


画像:ブライト-ホイーラー過程を検証するための実験装置。高エネルギーのレーザービーム2本を衝突させて光子から電子と陽電子を生成させる (出所:ICL)
https://news.mynavi.jp/article/20180402-610233/images/001.jpg
画像:実験用チャンバの光学系 (出所:ICL)
https://news.mynavi.jp/article/20180402-610233/images/002.jpg
 
↓元記事
マイナビニュース
https://news.mynavi.jp/article/20180402-610233/

 

 

~ネットの反応(一部)~

 

 
 
>質量mの物質をすべてエネルギーに変換するとE=mc2という方程式にしたがって莫大なエネルギーが得られる

これの逆って考えると、エネルギーから物質を作るのはたいそう大変だなー。

 

 
原子アセンブラーか

 

 
ガンマ線の更に上の領域だと光が光でいられなくなるってこと?
↑ 
そうだよ、感動だよね!
等しいエネルギーの物質に置換されなければならない
この過程は是非とも知りたいな
知識でも数字でもなく実験を見て、可能な限りひっくり返るその瞬間を

 

 
確率的に常に生成消滅を繰り返してるんじゃなかったんか

 

 
面白いな
物質とはいったい何なのか?
 
この探求になるよね

 

 
なるほど!


さっぱりわからんw

 

 
物質も光もエネルギー形態が違うだけなんだね。
いつかエネルギーを同値交換できる日が来るんだろうな。

 

 
光子どうしはぶつかるのか
てことは光子間で何らかの相互作用があるってこと?

対発生は単に一個の光子が電子/陽電子に気紛れに変わるだけなので
光子どうしの相互作用とは別だと思うんだけど

 

 

~管理人のコメント~

 

はい、元記事読んでも管理人の頭ではよく理解できなかったのが現状です。(悲しい・・・。)

でも、こういった宇宙誕生の瞬間の出来事や現象を実験できるようになってきたのはいいことなんでしょう。

なぜならそれだけ技術が進歩したからという事なんでしょうから・・・・。

 

 

それ以外にも、宇宙物理学の「ガンマ線バースト」を再現できるという事・・・。

さっぱりわからないので少し調べてみました。

 

めちゃ簡単に、大雑把にまとめると

 

  • ガンマ線バースト:天文学の分野の中でも最も光度(天体の単位時間で放出するエネルギー量)が高い物理現象のこと。この発生機構などは合意は得れてないらしい

 

うーーん。分からん。

天文学上ではどうやらかなり難しい問題らしいですね。(自分にはさっぱりです・・・。)

 

 

コメントにもあるように

エネルギーから物質を作れるようになるのか?

 

そんなことが可能になるのか・・・・・。期待して待ってましょう。

Copyright © タクヤンの情報発信部屋 All Rights Reserved.