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物理学家概述了一种制造反物质的简单新方法

2021-08-09 14:28     来源:Interesting Engineering     LHC伽马射线粒子加速器

“激光钳”使科学家能够在实验室中重建中子星条件。

New Atlas的一份报告解释说,一组研究人员概述了一种令人惊讶的简单方法来重建中子星附近的条件,这一突破可能会导致围绕反物质神秘作用的新的难以想象的科学发现。

物理学家团队设计了一种装置,在通讯物理学杂志的一篇论文中进行了详细介绍,该装置可以相互发射两束激光。结果是来自两个激光器的能量同时转化为电子形式的物质和正电子形式的反物质。

激光钳可以在实验室中实现受控的反物质光束

反物质的稀有性和不稳定性意味着它是出了名的难以调查。它通常在黑洞和中子星附近产生,而在地球上,它可以在雷击后或在大型强子对撞机等设施中观察到。然而,多亏了这种新方法,全世界的科学家现在可能能够在实验室中生产反物质。尽管他们还没有制造出生产反物质所需的激光装置,但模拟表明该装置背后的原理是合理的。

具体来说,这种被标记为“激光钳”的新设备将从两侧向一块塑料发射两束强大的激光。该块包含微小的纵横交错的通道,只有几微米宽,一旦激光穿过塑料,这有助于加速材料内的电子云。当来自单独激光束的电子云发生碰撞时,它们会产生大量伽马射线,从而产生物质和反物质——在这种特殊情况下,是电子及其反物质等效物,即正电子。作为一项附加措施,该设备还利用磁场将正电子集中成聚焦光束。

研究人员在新闻稿中解释说:“在仅 50 微米的距离内,粒子应该达到 1 千兆电子伏特 (GeV) 的能量——这个大小通常需要一个成熟的粒子加速器。”

探究物质-反物质不对称的奥秘

物理学家团队表示,其设备复制的过程可能反映了脉冲星磁层中看到的过程,脉冲星是快速旋转的中子星。“有了我们的新概念,这种现象可以在实验室中模拟,至少在某种程度上,这将使我们能够更好地理解它们,”该研究的作者之一阿列克谢·阿雷菲耶夫解释说。

与物质相比,由“普通”物质带相反电荷的粒子组成的反物质令人惊讶地稀少,科学家们不太确定为什么会这样。这项新研究可能有助于科学家解开物质和反物质不对称的谜团,即物质和反物质应该在大爆炸后的几年里相互碰撞和湮灭,因为它们被认为是等量产生的。相反,今天,物质远远超过反物质。

新发现,例如第一次观察到物质粒子变成反物质,让科学家们可以慢慢地拼凑碎片并获得更好的整体理解,但我们仍然不知道为什么宇宙中反物质的数量比这低得多它的反面。发现这背后的原因可能会改变我们对宇宙的整个理解,并导致新的、以前无法想象的研究途径。

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