Científicos creen que es posible convertir luz en materia
Físicos del Imperial College dan la vuelta a una idea que hace 80 años se creía imposible: romper fotones para crear electrones y positrones
Un grupo de físicos del Imperial College de Londres ha descubierto la forma de crear materia a partir de la luz, hazaña que parecía imposible cuando la idea fue teorizada por primera vez hace 80 años.
Cuentan que a estos tres físicos les llevó un solo día, en una pequeña oficina dentro del Laboratorio Blackett de la universidad, elaborar una forma relativamente sencilla de probar físicamente una teoría primero ideada por los científicos Breit y Wheeler en 1934. Estos sugirieron que debería ser posible convertir la luz en materia rompiendo juntas sólo dos partículas de luz (fotones) para así crear un electrón y un positrón.
Era el método más simple jamás predicho para convertir la luz en materia, sin embargo, y aunque este cálculo era sólido en la teoría, Breit y Wheeler pensaron que nadie nunca podría demostrar su predicción en la práctica, ya que nunca se había observado en un laboratorio y los experimentos anteriores para probarlo requerían añadir partículas masivas de alta energía.
Cuentan que a estos tres físicos les llevó un solo día, en una pequeña oficina dentro del Laboratorio Blackett de la universidad, elaborar una forma relativamente sencilla de probar físicamente una teoría primero ideada por los científicos Breit y Wheeler en 1934. Estos sugirieron que debería ser posible convertir la luz en materia rompiendo juntas sólo dos partículas de luz (fotones) para así crear un electrón y un positrón.
Era el método más simple jamás predicho para convertir la luz en materia, sin embargo, y aunque este cálculo era sólido en la teoría, Breit y Wheeler pensaron que nadie nunca podría demostrar su predicción en la práctica, ya que nunca se había observado en un laboratorio y los experimentos anteriores para probarlo requerían añadir partículas masivas de alta energía.
Esta nueva investigación, publicada en la revista Nature Photonics, muestra por primera vez cómo la teoría de Breit y Wheeler podría ser testada en la práctica. Este "colisionador de fotón-fotón", que convertiría la luz directamente en materia mediante una tecnología ya disponible, sería un nuevo tipo de experimento de alta energía en física.
Fácil en teoría, difícil en la práctica
El experimento vislumbrado por Breit y Wheeler podría generar el mismo proceso que, se cree, fue muy importante durante los primeros 100 segundos del universo, el que también se ve en los estallidos de rayos gamma, las mayores explosiones del universo y uno de los mayores misterios por resolver de la física.
Los científicos estaban investigando problemas vinculados con la energía de fusión, cuando se dieron cuenta de que lo que estaban haciendo podía aplicarse a la teoría de Breit-Wheeler. Este avance se logró en colaboración con otro físico teórico, compañero del Instituto Max Planck de Física Nuclear, que estaba de visita en el Imperial College.
Los científicos estaban investigando problemas vinculados con la energía de fusión, cuando se dieron cuenta de que lo que estaban haciendo podía aplicarse a la teoría de Breit-Wheeler. Este avance se logró en colaboración con otro físico teórico, compañero del Instituto Max Planck de Física Nuclear, que estaba de visita en el Imperial College.
El profesor Steve Rose, del Departamento de Física del Imperial College, declaró en un comunicado que "a pesar de que todos los físicos aceptan que la teoría es verdad, cuando Breit y Wheeler la propusieron por primera vez, dijeron que no esperaban que pudiera demostrarse en el laboratorio. Hoy, casi 80 años más tarde, hemos demostrado que estaban equivocados. Lo que resultó tan sorprendente para nosotros fue descubrir que podemos crear materia directamente de la luz utilizando la tecnología que tenemos hoy día en el Reino Unido. Como somos teóricos, ahora estamos hablando con otras personas que pueden utilizar nuestras ideas para llevar a cabo este experimento histórico", dijo Rose.
Este experimento de colisión que han propuesto los científicos implica seguir dos pasos principales. En primer lugar, los científicos emplearían un láser de alta intensidad, extremadamente potente, para acelerar los electrones hasta una velocidad algo más baja que la de la luz. Entonces, dispararían estos electrones contra un bloque de oro para crear un haz de fotones que fuese mil millones de veces más energético que la luz visible.
Para la siguiente fase del experimento se emplearía una lata de oro, conocida en alemán como hohlraum, o cuarto vacío. Los científicos dispararían un láser de alta energía al interior de esta lata de oro para crear un campo de radiación térmica, lo que generaría una luz similar a la emitida por las estrellas. En ese punto, podrían dirigir el haz de fotones de la primera etapa del experimento hacia el campo de radiación del interior de la lata, haciendo que los fotones de las dos fuentes de luz chocaran formando electrones y positrones, cuya formación sería posible detectar si escapan a la lata.
El investigador principal, Oliver Pike, también del Imperial College, dijo que, pese a que la teoría es, en concepto, simple "ha sido muy difícil de verificar experimentalmente. Pudimos desarrollar la idea para el colisionador muy rápidamente, pero el diseño experimental que proponemos también puede llevarse a cabo con relativa facilidad y usando la tecnología existente". Tras unas cuantas horas pensando en aplicaciones para hohlraums fuera de su papel tradicional, empleados en la investigación de procesos de fusión nuclear, "nos quedamos asombrados al descubrir que proporcionaban las condiciones perfectas para la creación de un colisionador de fotones. ¡La carrera para llevarlo a cabo y completar el experimento está en marcha!", concluye Pike.
Este experimento de colisión que han propuesto los científicos implica seguir dos pasos principales. En primer lugar, los científicos emplearían un láser de alta intensidad, extremadamente potente, para acelerar los electrones hasta una velocidad algo más baja que la de la luz. Entonces, dispararían estos electrones contra un bloque de oro para crear un haz de fotones que fuese mil millones de veces más energético que la luz visible.
Para la siguiente fase del experimento se emplearía una lata de oro, conocida en alemán como hohlraum, o cuarto vacío. Los científicos dispararían un láser de alta energía al interior de esta lata de oro para crear un campo de radiación térmica, lo que generaría una luz similar a la emitida por las estrellas. En ese punto, podrían dirigir el haz de fotones de la primera etapa del experimento hacia el campo de radiación del interior de la lata, haciendo que los fotones de las dos fuentes de luz chocaran formando electrones y positrones, cuya formación sería posible detectar si escapan a la lata.
El investigador principal, Oliver Pike, también del Imperial College, dijo que, pese a que la teoría es, en concepto, simple "ha sido muy difícil de verificar experimentalmente. Pudimos desarrollar la idea para el colisionador muy rápidamente, pero el diseño experimental que proponemos también puede llevarse a cabo con relativa facilidad y usando la tecnología existente". Tras unas cuantas horas pensando en aplicaciones para hohlraums fuera de su papel tradicional, empleados en la investigación de procesos de fusión nuclear, "nos quedamos asombrados al descubrir que proporcionaban las condiciones perfectas para la creación de un colisionador de fotones. ¡La carrera para llevarlo a cabo y completar el experimento está en marcha!", concluye Pike.
