Лазеры генерируют антивещество, воссоздавая условия нейтронной звезды

Некоторые из величайших загадок космологии связаны с антивеществом, но его трудно изучать, потому что очень сложно получить в лаборатории. Теперь группа физиков обрисовала относительно простой новый способ создания антивещества, направляя два лазера друг на друга, чтобы воспроизвести условия вблизи нейтронной звезды, преобразовывая свет в материю и антивещество.

В принципе, антивещество звучит просто — оно похоже на обычное вещество, за исключением того, что его частицы имеют противоположный заряд. Однако это основное различие имеет некоторые важные последствия: если материя и антивещество когда-либо встретятся, они аннигилируют друг друга с выбросом энергии.

Фактически, это должно было разрушить Вселенную миллиарды лет назад, но, очевидно, этого не произошло. Так как же материя стала доминировать? Что склонило чашу весов в ее пользу? И куда делось все антивещество?

К сожалению, из-за нехватки и нестабильности антивещества трудно найти ответы на эти вопросы. Антивещество создается естественным образом в экстремальных условиях, таких как удары молнии или вблизи черных дыр и нейтронных звезд, а также искусственно на огромных объектах, таких как Большой адронный коллайдер.

Но теперь исследователи разработали новый метод, позволяющий производить антивещество в небольших лабораториях. Хотя команда еще не построила устройство, моделирование показывает, что этот принцип осуществим.

Новое устройство включает в себя стрельбу двумя мощными лазерами по пластиковому блоку. Этот блок будет пересечен крошечными каналами шириной всего в микрометры. Когда каждый лазер поражает цель, он ускоряет облако электронов в материале и заставляет их лететь — пока они не столкнутся с облаком электронов, идущим в другую сторону от другого лазера.

Это столкновение производит много гамма-лучей, и из-за чрезвычайно узких каналов фотоны с большей вероятностью также столкнутся друг с другом. Это, в свою очередь, порождает потоки вещества и антивещества, в частности электронов и их эквивалента антивещества, позитронов. Наконец, магнитные поля вокруг системы фокусируют позитроны в пучок антивещества и ускоряют его до чрезвычайно высокой энергии.

«Такие процессы могут иметь место, в том числе, в магнитосфере пульсаров, то есть быстро вращающихся нейтронных звезд», — говорит автор исследования Алексей Арефьев. «С нашей новой концепцией такие явления можно было смоделировать в лаборатории, по крайней мере, до некоторой степени, что позволило бы нам лучше понять их».

Команда ученых утверждает, что новый метод очень эффективен, он производит в 100 000 раз больше позитронов, чем один лазер, и входные лазеры не обязательно должны быть очень мощными. Результирующий пучок антивещества может достигать энергии 1 гигаэлектронвольт (ГэВ) на расстоянии всего 50 микрометров, что обычно требует крупномасштабных ускорителей частиц.

На данный момент концепция остается нереализованной, но команда утверждает, что технологии, позволяющие реализовать ее, уже существуют на некоторых объектах. Это может дать новое понимание экстремальных условий вокруг черных дыр и нейтронных звезд и потенциально помочь нам разгадать космическую загадку антивещества.

Исследование было опубликовано в журнале Communications Physics.