მეცნიერები შუქისგან მატერიის მიღებას აპირებენ

Groundbreaking experiment aims to create matter from light

20 მაისი

ლონდონის იმპერიული კოლეჯის ბლეკეტის ფიზიკის ლაბორატორიის ფიზიკოსებმა თეორიულად დაამუშავეს ექსპერიმენტი, რომელმაც მათ კვანტური ელექტროდინამიკის ერთ-ერთი ყველაზე საინტერესო ჰიპოთეზა უნდა დაამტკიცებინოს: თეორია იმისა, რომ მატერიის შექმნა შესაძლებელია მხოლოდ შუქის დახმარებით.

ყველაფერი ყავის სმისას, სამი ფიზიკოსის საუბრით დაიწყო. ამ სამიდან ორი იმპერიული კოლეჯის თანამშრომელია, ერთი კი - ჰაიდელბერგის (გერმანია) მაქს პლანკის ინსტიტუტის მეცნიერი. ისინი ენერგიის სინთეზზე მუშაობენ და საუბრისას იმ დასკვნამდე მივიდნენ, რომ თეორიულად, შუქისგან მატერიის მიღები დანადგარის შექმნა სრულიად შესაძლებელია. სხვათა შორის, ეს თეორია ახალი არაა და ის პირველად ამერიკელმა ფიზიკოსებმა, გრეგორი ბრეიტმა და ჯონ ეი უილერმა 80 წლის წინათ აღწერეს სამეცნიერო ჟურნალ „ფიზიკალ რევიუში“. მათ ჩამოაყალიბეს იდეა, რომ რადგან ელექტრონ-პოზიტრონის წყვილების განადგურებით, ორი და მეტი ფოტონი წარმოიქმნება, მაშინ, ფოტონების მაღალი ენერგიით შეჯახებამაც შეიძლება წარმოქმნას ელექტრონ-პოზიტრონული (ანუ, ბრეიტ-უილერის) წყვილი. მათვე ივარაუდეს, რომ ლაბორატორიულად, ამის ჩვენება შეუძლებელი იქნებოდა.

ბრეიტ-უილერის წყვილის მისაღებად, მეცნიერებმა ორეტაპოვანი ექსპერიმენტი შეიმუშავეს. პირველ ეტაპზე, მაღალი ენერგიის მქონე ელექტრონების ჭავლით, ვაკუუმში მოხდება ელექტრონების აჩქარება. მათი სიჩქარე სინთლისას მიუახლოვდება, რის შემდეგაც, სამიზნეს - სუფთა ოქროსგან დამზადებულ თხელ (რამდენიმე მილიმეტრის სისქის) ფირფიტას დაეჯახება. წარმოიქმნება პროცესი, რომელიც ფიზიკაში „ბრემსტრალუნგის“ (გერმანულად დამუხრუჭების რადიაცია) სახელითაა ცნობილი. ამ დროს მაღალი ენერგიის ელექტრონებით ოქროს სამიზნე იბომბება, რის შედეგადაც, ისინი კინეტიკურ ენერგიას კარგავენ, რაც სამიზნედან გამა-სხივების ფოტონების გამოყოფას (გამოტყორცნას) იწვევს.

მეორე ეტაპზე, მოწყობილობის შიგნით, პირველი სეგმენტის შემდეგ არსებულ მაგნიტურ ველში მოხდება გამა-სხვების ფოტონების კოლიმაცია (პარალელიზაცია), და ისინი სპეციფიკური ღრუსკენ მიემართება. იმისათვის, რომ ელექტრონ-პოზიტრონული წყვილების დაფიქსირება იყოს შესაძლებელი, ღრუში ეგრეთ წოდებული მაგნიტური შეკავების ველი იმოქმედებს. იმავდროულად, ღრუ (მეცნიერები მას გერმანულად, ჰოლრაუმად მოიხსენიებენ) მაღალი ენერგიის ლაზერული სხივით დაიბომბება, რის შედეგადაც, ის შავი ფერის თერმული გამოსხივების კამერად გადაიქცევა. როგორც კი მაღალი ენერგიის ფოტონების ჭავლი ამ ღრუში მოხვდება, ისინი ლაზერის ფოტონებს შეეჯახება, რა დროსაც, ბრეიტ-უილერის ასეულობით ათასი წყვილი უნდა წარმოიქმნას. მიღებული წყვილები, ღრუდან გამომავალ ნაკადს შექმნიან.

ამ ექსპერიმენტის წარმატებით განხორციელების შემთხვევაში, მეცნიერები არამხოლოდ პირველად შეძლებენ ფოტონის ფოტონთან შეჯახებას, არამედ ასევე დაამტკიცებენ, რომ შესაძლებელია შუქის მატერიად გარდაქმნა. და ამისათვის საჭირო არ იქნება კოლოსალური ზომის ნაწილაკების ამაჩქარებლის შემუშავება და მასში მილიარდობით დოლარის ინვესტირება, რადგან ასეთი შედეგის მიღწევა შესაძლებელი გახდება საშუალო დონეზე აღჭურვილ ლაბორატორიაში და ენერგიის მცირე მოხმარებით.

აღწერილი ექსპერიმენტის წარმატების შემთხვევაში, კვანტური ელექტროდინამიკის კვლევა გაცილებით მეტი მეცნიერისთვის გახდება ხელმისაწვდომი, რადგან ისინი მცირე ენერგიის, მარტივი მოწყობილობებით შეძლებენ ექსპერიმენტების ჩატარებას. ამგვარად, ადამიანი უფრო მალე შეძლებს იმ პროცესის აღწერას, რომელიც სამყაროს წარმოქმნის პირველ 100 წამში მოხდა. და არაა გამორიცხული, რომ ადამიანმა ახსნა მოუძებნოს ღრმა კოსმოსში მიმდინარე იდუმალ პროცესებს, რომელთა დროსაც, მასიური ვარსკვლავების აფეთქებების შედეგად, გამა-სხვების გამოფრქვევებს აქვს ადგილი.