英國科學家：1年內從光中誕生物質

2014/5/19   (6722)   原稿來源: https://tw.news.yahoo.com/%E8%

根據英國《衛報》18日報導，在完美簡潔的方程式「E=mc^2」中，物理學家相信他們可以從碰撞中的光子(photon)創造出電子(electron)和電子的反粒子─正電子(positron)。科學家們持續研究如何從純粹的光中創造物質，並打算在未來的12個月內發表劃時代的具體成績。

從光中創造物質的理論最初是在80年前由兩位物理學家所提出的，他們後來均投身於第1顆原子彈的研究。在那個時候，他們認為光轉換成物質是不可能在實驗室中完成的。

但是一份週日公布的報告顯示，倫敦帝國學院(Imperial College London)的物理學家宣稱已經破解了問題，他們運用了高能雷射和其他科學家現在可得的設備。

倫敦帝國學院的自然科學院副院長羅斯(Steven Rose)教授表示，「我們已經在原則上展現了如何可以從光中創造物質。」羅斯說，「如果你進行這個實驗，你將可以將光轉化成物質。」

科學家並不是已經可以發明一台機器，透過一束雷射光就可以創造出每天日常生活所需物品。他們打算創造的物質，其實是肉眼所不能看到的次原子粒子(subatomic particle)。

這個想法最初是由兩位美國物理學家布萊特(Gregory Breit)和惠勒(John Wheeler)在1934年提出。他們非常罕見地思考出，光的2個粒子(或稱光子)可能可以合併並創造出1個電子，以及電子的對應反物質─1個正電子。電子，是物質的粒子，形成了原子的外殼；而原子正是環繞我們日常生活的物品的基本組成成分。
但是布萊特和惠勒並沒有預測到他們的理論可以很快地被證實。在他們的研究中，物理學家們注意到過程是如此罕見，而且難以被製造，他們認為「想要在實驗室的實驗中，試圖觀察到電子、正電子成偶出現的過程，將是無望的。」

倫敦帝國學院這項研究的首席研究者派克(Oliver Pike)表示，愛因斯坦著名的方程式展現了物質和能量是可轉換的流動，這項實驗的過程正是這個方程式最優雅的展現。他說，「布萊特─惠勒過程是物質可由光創造最簡潔的方式，也是E=mc^2最純淨的展現。」

發表在《自然光子學》(Nature Photonics)，科學家們描述他們透過幾個步驟如何能將光轉化成物質。第一步，加熱金磚上的電子，以製造出一束高能的光子。接下來，他們加熱一束高能雷射，使其轉化成一個微小的金囊(gold capsule)，稱為環空器(hohlraum)。這個字「hohlraum」是從德文來的，意思是「空的空間」。這將製造出如同自星體發射出來一樣明亮的光束。在最後的階段，他們發送第1束光子進入環空器，在裡面兩束光子相碰撞。

科學家的計算中顯示，這個實驗裝置將帶有足夠高能量、足夠多的光粒子，擠壓進足夠小的容器中，創造出約有10萬對成偶的電子─正電子。

這個過程是「量子電動力學」(quantum electrodynamics ，QED)理論中最壯觀的猜想。這個理論的建構發展，可以追溯到第2次世界大戰。羅斯告訴《衛報》，「你或許可以稱呼它為QED最戲劇化的發展結果，而它清楚展現了光與物質是可以互換的。」

科學家們希望在未來12個月內展現這個過程。在世界上有許多地方擁有這項科技。其中1個地方是紐約羅徹斯特的巨型亞米茄(Omega)雷射儀，但另一個地方是英國伯克郡安置原子武器設備的奧德馬斯頓(Aldermaston)，該地擁有獵戶座(Orion)雷射儀。

實驗如果成功，將鼓舞物理學家。他們一直以來將光子與光子的碰撞器視為可以研究次原子粒子如何運動的最佳工具。派克表示，「像這樣的碰撞器可以當作非常乾淨的實驗設備，用以研究基本物理學：純粹的光進入、物質出現。這個實驗將是這項前景的第1個展現。」

牛津大學亞當斯學院(John Adams Institute at Oxford University)主任、高能物理學家瑟宜(Andrei Seryi)表示，「想到我們原本認為並不相連的事物，事實上可以相互轉換，非常地動人心魄：物質和能量，粒子和光。我們是否在未來能夠轉換能量為時間，並轉換時間為能量呢？」