E=mc² زنده می شود: شبیه سازی ایجاد ماده از نور لیزر -تیمی به سرپرستی محققان دانشگاه اوزاکا و دانشگاه کالیفرنیا در سن دیگو از شبیه‌سازی استفاده کرده‌اند تا نشان دهند که چگونه می‌توان به صورت تجربی ماده را صرفاً از نور تولید کرد، که در آینده ممکن است به آزمایش نظریه‌های طولانی مدت در مورد ترکیب جهان کمک کند.
یکی از چشمگیرترین پیش بینی های فیزیک کوانتومی این است که ماده می تواند تنها از نور (یعنی فوتون ها) تولید شود و در واقع اجرام نجومی معروف به تپ اختر به این شاهکار دست می یابند.
تولید مستقیم ماده به این روش در آزمایشگاه به دست نیامده است، اما آزمایش بیشتر نظریه‌های فیزیک کوانتومی پایه و ترکیب بنیادی جهان را ممکن می‌سازد.
در مطالعه‌ای که اخیراً در Physical Review Letters منتشر شده است ، تیمی به رهبری محققان دانشگاه اوزاکا شرایطی را شبیه‌سازی کرده‌اند که برخورد فوتون و فوتون را تنها با استفاده از لیزر ممکن می‌سازد.
سادگی راه‌اندازی و سهولت پیاده‌سازی در شدت‌های لیزر موجود، آن را به یک نامزد امیدوارکننده برای اجرای آزمایشی در آینده نزدیک تبدیل می‌کند.
برخورد فوتون و فوتون وسیله ای اساسی برای تولید ماده در جهان است و از معادله معروف E=mc2 انیشتین ناشی می شود.
در واقع، محققان به طور غیرمستقیم ماده را از نور تولید کرده اند: با شتاب سریع یون های فلزی مانند طلا به یکدیگر.
در چنین سرعت های بالایی، هر یون توسط فوتون احاطه می شود و با عبور از کنار یکدیگر، ماده و پادماده تولید می شود.
با این حال، تولید ماده به صورت تجربی در آزمایشگاه‌های مدرن و تنها با استفاده از نور لیزر به دلیل لیزرهای بسیار پرقدرت مورد نیاز، چالش برانگیز است.
شبیه‌سازی چگونگی دستیابی به این شاهکار در آزمایشگاه می‌تواند یک پیشرفت تجربی را به همراه داشته باشد، بنابراین این چیزی است که محققان تصمیم گرفتند انجام دهند.
دکتر سوگیموتو، نویسنده اصلی این مطالعه توضیح می‌دهد: «شبیه‌سازی‌های ما نشان می‌دهد که، هنگام تعامل با میدان‌های الکترومغناطیسی شدید لیزر، پلاسمای متراکم می‌تواند خود سازماندهی شود تا برخوردکننده فوتون- فوتون را تشکیل دهد».
این برخورد دهنده دارای جمعیت متراکمی از پرتوهای گاما است که ده برابر چگالی الکترون‌های پلاسما و انرژی آن یک میلیون برابر بیشتر از انرژی فوتون‌های لیزر است.
برخورد فوتون- فوتون در برخورد دهنده جفت الکترون-پوزیترون تولید می کند و پوزیترون ها توسط یک میدان الکتریکی پلاسما ایجاد شده توسط لیزر شتاب می گیرند.
این منجر به یک پرتو پوزیترون می شود.
پروفسور عارفیف، یکی از نویسندگان UCSD می‌گوید: «این اولین شبیه‌سازی پوزیترون‌های شتاب‌دهنده از فرآیند خطی Breit-Wheeler تحت شرایط نسبیتی است.
“ما احساس می کنیم که پیشنهاد ما از نظر تجربی امکان پذیر است و ما مشتاقانه منتظر اجرای دنیای واقعی هستیم.”
دکتر ویاچسلاو لوکین، مدیر برنامه در بنیاد ملی علوم ایالات متحده که از این کار حمایت کرد، می‌گوید: «این تحقیق راهی بالقوه برای کشف اسرار جهان در یک محیط آزمایشگاهی را نشان می‌دهد.
امکانات آینده در تاسیسات لیزر پرقدرت امروز و فردا حتی جذاب‌تر شده است.»
کاربردهای این اثر در فناوری تبدیل ماده به انرژی خیالی Star Trek فقط همین است: داستانی. با این وجود، این کار این پتانسیل را دارد که به تایید تجربی نظریه‌های ترکیب جهان، یا شاید حتی کمک به کشف فیزیک ناشناخته قبلی کمک کند.
