Dünyaca ünlü bir denklemin pratik uygulamalarını keşfetmek için simülasyonlar yürüten fizikçilere göre, plazma fotonları çarpıştıracak ve madde verecek şekilde karıştırılabilir.

Burada iş başında olan denklem, enerji ile kütle arasında bir ilişki kuran Einstein’ın E = mc^2’sidir; özellikle denklem, enerji ve kütlenin, ışık hızının karesi ile çarpılması durumunda eşdeğer olduğunu gösterir.

Osaka Üniversitesi ve UC San Diego’daki bilim adamlarının liderliğindeki bir ekip yakın zamanda lazer kullanarak fotonların çarpışmasını simüle etti; sonuçları, çarpışmaların elektron ve pozitron çiftleri oluşturacağını gösteriyor. Elektronun antiparçacığı olan pozitronlar daha sonra lazerin elektrik alanıyla hızlandırılarak bir pozitron ışını üretilebiliyordu. Onların sonuçları: yayınlanan Fiziksel İnceleme Mektuplarında.

Osaka Üniversitesi’nden UC San Diego’dan fizikçi ve makalenin ortak yazarı Alexey Arefiev, “Teklifimizin deneysel olarak mümkün olduğunu düşünüyoruz ve gerçek dünyada uygulanmasını sabırsızlıkla bekliyoruz” dedi. serbest bırakmak.

Deney kurulumunun şu anda mevcut olan lazer yoğunluklarında mümkün olduğu eklendi. Araştırmacılar potansiyel deney düzeneklerini test etmek için simülasyonlar kullandılar ve ilgi çekici bir tane buldular. Foton-foton çarpıştırıcısı madde üretmek için Breit-Wheeler sürecini kullanıyor; bu da elektron-pozitron çiftleri üretmek için gama ışınlarını yok ettiği anlamına geliyor.

Bazı ekstrem fizikler; yıldızların doğup öldüğü yerler ve Zaman hala duruyor— kozmosun uzak köşelerinde varlar. 2021’de farklı bir araştırmacı ekibi, yıldız yaşamının son derece yoğun son aşamaları olan nötron yıldızlarının çekirdeklerinin benzer bir dinamiğin mekanı olabileceğini öne sürdü. Karanlık madde parçacıkları fotonlara dönüşebilir.

Dönen nötron yıldızlarına pulsar adı verilir ve onların yüksek enerjili ortamları, ışıktan maddenin üretilebileceği yerdir. Pulsarlar saniyede binlerce kez dönebilir, gama ışınları yayabilir ve bilinen en güçlü manyetik alanlardan bazılarına sahiptir. NASA’ya göre.

Pulsarlar aynı zamanda uzaydaki yerçekimi dalgalarını ölçmek için de yararlı araçlardır. Bu senenin başlarında, beş farklı pulsar zamanlama dizisi işbirliği bulundu şüphelendikleri şey, kütleçekim dalgasının arka planına ilk bakış; yani uzay-zamanı neredeyse algılanamayacak bir seviyede dalgalandıran kütleçekim dalgalarının sürekli mırıltıları.

Pulsarların giriş çıkışlarını uzaktan gözlemlemek zor olsa da fizikçiler onları simüle etmeye çalışabilir.

Son araştırmayı destekleyen Ulusal Bilim Vakfı program direktörü Vyacheslav Lukin, “Bu araştırma, evrenin gizemlerini laboratuvar ortamında keşfetmenin potansiyel bir yolunu gösteriyor” dedi. “Bugünün ve yarının yüksek güçlü lazer tesislerindeki gelecekteki olanaklar artık daha da ilgi çekici hale geldi.”

Deney, bazı uzak fiziği eve çok daha yakın hale getirerek evrenin kompozisyonunu incelemenin bir yolunu sağlayabilir. Ancak bunun gerçekleşmesi için aslında bir deneyin inşa edilmesi gerekecek.

Daha fazla: Bu Karanlık Madde Radyosu Yeni Fiziğe Uyum Sağlayabilir

Hiçbir şey ışıktan, yani saniyede 299.792.458 metreden daha hızlı gidemez. Ancak yakın zamanda bir fizikçi ekibinin vardığı sonuca göre belirli bir grup parçacık, sanki yapabiliyormuş gibi davranıyor ve yeni bilim türlerini ortaya çıkarabilecek güçlü bir ışık kaynağının potansiyelini açıyor.

Elektronlar uyarıldığında ve itildiğinde, çıplak gözün veya tipik mikroskopların sınırlarının çok ötesindeki olayları incelemek için kullanılabilecek çeşitli enerjilerde ışık üretirler. Bilim insanları, parçacıkların yüksek enerjili ışık üretmesini sağlamak için makinelerde elektronları nasıl üretip muhafaza edeceklerini öğrendiler. Sinkrotronlar ve siklotronlardan doğrusal hızlandırıcılara kadar bu ışık kaynakları, bilim adamlarının bir molekülün yapısı gibi inanılmaz derecede küçük şeyleri görmesine olanak tanır. Bu teknolojiden elde edilen bilgiler, yeni ilaçların geliştirilmesine, daha iyi bilgisayar çiplerinin yaratılmasına ve fosiller üzerinde tahribatsız araştırmalar yapılmasına olanak sağladı. Elektronların yaydığı dalgalar, aksi takdirde görünmez olacak şeylere tam anlamıyla ışık tutuyor.

Ancak bu ışık kaynakları yaygın değildir. İnşa edilmesi pahalıdır, büyük miktarda arazi gerektirir ve bilim insanları tarafından aylar öncesinden rezerve edilebilir. Şimdi, fizikçilerden oluşan bir ekip, kuasipartiküllerin (sanki tek bir parçacıkmış gibi davranan elektron grupları) daha küçük laboratuvar ve endüstri ortamlarında ışık kaynağı olarak kullanılabileceğini ve bilim adamlarının nerede olurlarsa olsunlar keşif yapmalarını kolaylaştıracağını öne sürüyor. Ekibin bulgularını açıklayan araştırması: yayınlanan Bugün Nature Photonics’te.

Rochester Üniversitesi Lazer Enerjisi Laboratuvarı’ndan fizikçi ve yeni araştırmanın ortak yazarı John Palastro, “Hiçbir parçacık ışık hızından daha hızlı hareket etmiyor, ancak parçacıkların toplanmasındaki özellikler bunu yapabilir ve yapıyor” dedi. Gizmodo ile yapılan görüntülü görüşmede çalışma. “Bu, herhangi bir fizik kuralını veya yasasını ihlal etmiyor.”

Palastro, “Elektron ışınıyla ilgili gereksinimleri gevşetmek ve her elektronun bu çok tutarlı radyasyonu üretmek için uyum içinde hareket etmesi gerektiği fikrinden uzaklaşmanın, bu kaynakları gerçekten demokratikleştirdiğini ve onları daha geniş çapta erişilebilir hale getirdiğini düşünüyorum” diye ekledi.

Ekip, makalelerinde, plazma hızlandırıcı bazlı ışık kaynaklarını, ışıklarını yarı parçacıklar karşısında daha tutarlı hale getirerek daha büyük serbest elektron lazerleri kadar parlak hale getirme olasılığını araştırıyor. Ekip, Rochester Üniversitesi’ne göre Avrupa Yüksek Performanslı Hesaplama Ortak Girişimi (EuroHPC JU) tarafından sağlanan süper bilgisayarları kullanarak bir plazmadaki yarı parçacıkların özelliklerinin simülasyonlarını gerçekleştirdi. serbest bırakmak.

Büyük doğrusal hızlandırıcılar Dünya üzerindeki en güçlü ışık kaynaklarından bazılarıdır. SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı’nın Linac Tutarlı Işık Kaynağına (kısaca LCLS-II olarak adlandırılan) yapılan 1 milyar dolarlık yükseltmeyi düşünün. geçen ay ilk ışığa ulaştı. LCLS-II, orijinal LCLS’nin saniyede 120 darbesinden çok daha düşük bir değere sahipken, saniyede bir milyon X-ışını darbesi üretebilir. Yeni X-ışını darbeleri, LCLS tarafından üretilenlerden 10.000 kat daha parlak olup, bilim adamlarının bitki hücrelerindeki moleküllerden malzemelerin nasıl faz değiştirdiğine kadar daha önce görülemeyen olguları görebilmelerinin önünü açıyor. Tüm bu X-ışınları, büyük mıknatıslar kullanılarak hızlı hareket eden elektron gruplarının kasıtlı olarak sallanması (veya ‘dalgalanması’) yoluyla üretilir. LCLS-II gibi doğrusal hızlandırıcıların nasıl çalıştığına dair tam bir dökümü okuyabilirsiniz Burada.

Portekiz’deki Instituto Superior Técnico’dan fizikçi ve çalışmanın baş yazarı Bernardo Malaca, Gizmodo ile yaptığı video görüşmesinde doğrusal bir hızlandırıcıda “her elektron kolektif olarak aynı şeyi yapıyor” dedi. “Bizim durumumuzda dalgalanan bir elektron yok, ancak biz hala dalgalandırıcıya benzer bir spektrum oluşturuyoruz.”

Araştırmacılar kuasipartikülleri şuna benzetiyor: Meksika DalgasıSporseverlerin sırayla ayağa kalkıp oturduğu popüler bir kolektif davranış. İnsanlarla dolu bir stadyum, hiç kimse yana doğru hareket etmese de, mekanın etrafında dalgalanan bir dalga yanılsaması verebilir.

“İzleyicilerin işbirliği yapması koşuluyla, dalganın prensipte herhangi bir insanın yapabileceğinden daha hızlı ilerleyebileceği açıkça görülüyor. Yarı parçacıklar çok benzer, ancak dinamikler daha aşırı olabilir, “dedi, aynı zamanda Instituto Superior Técnico’da fizikçi olan ortak yazar Jorge Vieira, Gizmodo’ya bir e-postada söyledi. “Örneğin, tek parçacıklar ışık hızından daha hızlı hareket edemezler, ancak yarı parçacıklar süperluminal de dahil olmak üzere herhangi bir hızda hareket edebilir.”

Vieira, “Kuasipartiküller kolektif bir davranışın sonucu olduğu için hızlanmasının sınırı yoktur” diye ekledi. “Prensip olarak bu ivme, örneğin bir kara deliğin yakınındaki kadar güçlü olabilir.”

Açık olmak gerekirse, yarı parçacığı oluşturan demetteki elektronlar ışıktan daha hızlı hareket etmiyor. Ancak araştırmacılar, söz konusu dalga boylarının kuasipartikülün kendisinden daha büyük olması durumunda, kuazipartikülün ışıktan daha hızlı hareket edebileceğini söylüyor.

Malaca, ışıktan daha hızlı seyahat etme konusunda algısal olarak gerçekleşen ile gerçekte gerçekleşen arasındaki farkın “gereksiz bir ayrım” olduğunu söyledi. “Işıktan daha hızlı hareket eden, bireysel parçacıklar değil, dalgalar veya akım profilleri olan gerçek şeyler var. Bunlar ışıktan daha hızlı hareket ediyor ve ışıktan daha hızlı efektler üretebiliyor. Yani yalnızca ışık ötesi parçacıklarla ilişkilendirdiğiniz şeyleri ölçersiniz.”

Palastro, grubun, elektronların kolektif kalitesinin büyük tesisler tarafından üretilen ışınlar kadar saf olması gerekmediğini ve pratik olarak daha “masa üstü” ortamlarda uygulanabileceğini bulduğunu söyledi. Başka bir deyişle, bilim insanları, talep gören bir doğrusal hızlandırıcının açılmasını beklemek yerine, yerinde çok parlak ışık kaynakları kullanarak deneyler yapabilirler.

Daha fazla: Amerika’nın En Yeni Parçacık Hızlandırıcısının İçinde Yürüdüm