Pensete laser antimaterie | EurêkAlert! Știri științifice

IMAGINE: La XFEL european din Schenefeld, lângă Hamburg, cercetătorii de la Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf înființează linia internațională Helmholtz pentru câmpuri extreme (HIBEF). În acest scop, oamenii de știință din Dresda sunt … vezi Ca urmare a

Credit: European XFEL / Jan Hosan

În adâncurile spațiului, există corpuri cerești în care predomină condițiile extreme: stelele cu neutroni care se rotesc rapid generează câmpuri magnetice super puternice. Și găurile negre, cu tragerea lor gravitațională enormă, pot trage jeturi uriașe de materie energetică în spațiu. O echipă internațională de fizică cu participarea Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) a propus acum un nou concept care ar putea permite în viitor să studieze unele dintre aceste procese extreme în laborator: o configurație specială a două raze laser ar putea crea condiții similare celor găsite lângă stelele neutronice. În procesul descoperit, un jet de antimaterie este generat și accelerat foarte eficient. Experții își prezintă conceptul în jurnal Fizica comunicațiilor (DOI: 10.1038 / s42005-021-00636-x).

Baza noului concept este un mic bloc de plastic, traversat de canale micrometrice. Acționează ca o țintă pentru două lasere. Acestea trag simultan impulsuri ultra-puternice asupra blocului, unul din dreapta, celălalt din stânga – blocul este literalmente apucat de o pensetă laser. „Când impulsurile laser intră în probă, fiecare dintre ele accelerează un nor de electroni extrem de rapizi”, explică fizicianul HZDR Toma Toncian. „Acești doi nori de electroni se grăbesc apoi unul către celălalt cu toată forța lor, interacționând cu laserul care se propagă în direcția opusă”. Următoarea coliziune este atât de violentă încât produce un număr extrem de mare de quanta gamma – particule de lumină cu o energie chiar mai mare decât cea a razelor X.

Roiul quanta gamma este atât de dens încât particulele de lumină se ciocnesc inevitabil între ele. Și atunci se întâmplă ceva nebunesc: conform celebrei formule Einstein E = mc2, energia luminii se poate transforma în materie. În acest caz, este în principal necesar să se creeze perechi electron-pozitron. Pozitonii sunt antiparticulele electronilor. Ceea ce face acest proces special este că „câmpurile magnetice foarte puternice îl însoțesc”, descrie liderul proiectului Alexey Arefiev, fizician la Universitatea din California, San Diego. „Aceste câmpuri magnetice pot concentra pozitronii într-un fascicul și îi pot accelera foarte mult”. După cifre: pe o distanță de doar 50 micrometri, se așteaptă ca particulele să atingă o energie de un gigaelectronvolt (GeV) – o dimensiune care necesită de obicei un accelerator complet de particule.

Simulare computerizată cu succes

Pentru a vedea dacă ideea neobișnuită poate funcționa, echipa a testat-o ​​printr-o simulare elaborată pe computer. Rezultatele sunt încurajatoare; în principiu, conceptul ar trebui să fie fezabil. „Am fost surprins de faptul că pozitronii care au fost creați la sfârșit au fost transformați într-un fascicul de energie mare și grupați în simulare”, se bucură Arefiev. În plus, noua metodă ar trebui să fie mult mai eficientă decât ideile anterioare, în care un singur impuls laser este declanșat către o țintă individuală: conform simulării, „lovitura dublă cu laser” ar trebui să poată genera de până la 100.000 de ori mai mult pozitiv decât conceptul de tratament unic.

„De asemenea, în cazul nostru, laserele nu ar trebui să fie la fel de puternice ca în alte modele”, spune Toncian. „Probabil ar face ideea mai ușor de pus în practică”. Cu toate acestea, există doar câteva locuri în lume în care metoda ar putea fi implementată. Cea mai potrivită ar fi ELI-NP (Extreme Light Infrastructure Nuclear Physics), o instalație laser unică în România, finanțată în mare parte de Uniunea Europeană. Are două lasere ultra-puternice care pot declanșa simultan asupra unei ținte – cerința de bază pentru noua metodă.

Primele teste la Hamburg

Cu toate acestea, ar putea avea loc teste preliminare esențiale la Hamburg: XFEL european, cel mai puternic laser cu raze X din lume, este instalat acolo. HZDR joacă un rol major în această facilitate la scară largă: conduce un consorțiu de utilizatori numit HIBEF, care vizează materie în stări extreme de ceva timp. „La HIBEF, colegii de la HZDR, în colaborare cu Institutul Helmholtz din Jena, dezvoltă o platformă care poate fi utilizată pentru a testa experimental dacă câmpurile magnetice se formează de fapt așa cum s-a prezis prin simulările noastre”, explică Toma Toncian. „Acest lucru ar trebui să fie ușor de analizat cu ajutorul blițurilor puternice cu raze X ale XFEL european”.

Atât pentru astrofizică, cât și pentru fizica nucleară, noua tehnică ar putea fi extrem de utilă. La urma urmei, unele procese extreme în spațiu sunt, de asemenea, susceptibile de a produce cantități mari de quanta gamma, care apoi se materializează rapid în perechi de energie mare din nou. „Este posibil ca astfel de procese să aibă loc, printre altele, în magnetosfera pulsarilor, adică stelele cu neutroni cu rotație rapidă”, explică Alexey Arefiev. „Cu noul nostru concept, astfel de fenomene ar putea fi simulate în laborator, cel puțin într-o oarecare măsură, ceea ce ne-ar permite apoi să le înțelegem mai bine”.

###

Publicare:

Y. He, T. Blackburn, T. Toncian, A. Arefiev: Dominația creației perechilor de electroni-pozitroni γ-γ într-o plasmă antrenată de lasere de intensitate mare, în Fizica comunicațiilor, 2021 (DOI: 10.1038 / s42005-021-00636-x)

Mai multe informatii :

Dr. Toma Toncian

Institutul de Fizică a Radiațiilor de la HZDR

Telefon: +49 40 8998 6869 | E-mail: [email protected]

Contact media:

Simon Schmitt | Conduce

Comunicare și relații cu mass-media

Telefon: +49 351 260 3400 | E-mail: [email protected]

Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) desfășoară – ca centru de cercetare german independent – cercetări în domeniile energiei, sănătății și materiei. Ne concentrăm pe răspunsul la următoarele întrebări:

* Cum pot fi utilizate energia și resursele în mod eficient, sigur și durabil?

* Cum se vizualizează, se caracterizează și se tratează mai eficient tumorile maligne?

* Cum se comportă materia și materialele sub influența câmpurilor puternice și în cele mai mici dimensiuni?

Pentru a ajuta la răspunsul la aceste întrebări de cercetare, HZDR operează instalații la scară largă, care sunt utilizate și de cercetătorii în vizită: Ion Beam Center, Laboratorul cu câmp magnetic magnetic din Dresda și Centrul ELBE pentru surse de radiații de mare putere.

HZDR este membru al asociației Helmholtz și are șase site-uri (Dresda, Freiberg, Grenoble, Leipzig, Schenefeld lângă Hamburg) cu aproape 1.200 de angajați, inclusiv aproximativ 500 de oameni de știință, inclusiv 170 de doctoranzi. candidați.

Avertizare: AAAS și EurekAlert! nu sunt responsabili pentru acuratețea comunicatelor de presă postate pe EurekAlert! de către instituțiile care contribuie sau pentru utilizarea oricărei informații prin intermediul sistemului EurekAlert.

READ  Defect neașteptat al „Lebedei Negre” descoperit pentru prima dată în materia moale

Faci un comentariu sau dai un răspuns?

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *