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科学家的一项新研究证明了研究人员如何能够从光中产生加速的反物质射流。一组物理学家已经证明，高强度激光可用于产生碰撞伽马光子——能量极高的光波长——以产生电子-正电子对。他们说，这可以帮助我们了解宇宙中一些最极端的天体周围的环境：中子星。 用光子制造物质-反物质粒子对（一个电子和一个正电子）的过程被称为布雷特-惠勒过程（Breit-Wheeler process），在实验上很难实现这个过程。 两个光子碰撞时发生的概率非常小。你需要非常高能的光子或伽马射线，以及很多这样的光子，以最大限度地提高观察机会。 我们还没有能力建造伽马射线激光器，因此光子-光子布雷特-惠勒过程（Breit-Wheeler process）目前仍未通过实验实现。但由加州大学圣地亚哥分校 (UC San Diego) 的何宇彤（音译：Yutong He ）领导的一组物理学家提出了一种新的解决方法，根据他们的模拟，该方法实际上可行。 它由一个塑料块组成，上面刻有微米级纵横交错的通道图案。两个强大的激光，一个在方块的两侧，向这个目标发射强脉冲。 “当激光脉冲穿透样品时，每个脉冲都会加速一团极快的电子，”德国亥姆霍兹中心德累斯顿罗森多夫研究实验室(The Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf research laboratory in Germany)物理学家托马·汤西安（Toma Toncian）说，“然后，这两个电子云以全力冲向彼此，与沿相反方向传播的激光相互作用。” 由此产生的碰撞能量如此之大，以至于产生了一团伽马光子。研究人员说，根据爱因斯坦的广义相对论，这些伽马光子应该相互碰撞以产生正负电子对。 更令人兴奋的是，这个过程应该会产生强大的磁场，将正电子（而不是电子）准直成强烈加速的喷射状光束。研究人员发现，在仅50微米的距离内，加速会将粒子的能量增加到1千兆电子伏特。 研究人员使用复杂的计算机模拟测试了他们的模型，发现它应该可以正常工作，即使使用的激光功率比以前的建议低。 正电子束的准直和加速不仅会提高粒子的探测率，而且与被称为脉冲星的强磁性、快速旋转的中子星发出的强大准直粒子射流有很强的相似性。 科学家们认为，在这些恒星附近发生的过程可能会导致伽马辐射云，类似于他们提议的实验。 “这种过程很可能发生在脉冲星的磁层中，”加州大学圣地亚哥分校的物理学家 阿列克谢·阿菲耶夫（Alexey Arefiev）说，“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。” 欧洲XFEL X 射线激光设施的初步测试能发现是否产生了正如模拟所预测的那样磁场。该团队希望他们的实验可以在罗马尼亚最近开放且先进的极光基础设施核物理设施中进行，该设施拥有两个强大的短脉冲激光器和伽马射线束。 |
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