Un estudio realizado por físicos del Laboratorio Nacional de Brookhaven (EE. UU.) Sobre el Acelerador de Partículas Relativista del Colisionador de Iones Pesados (RHIC), una instalación del Departamento de Energía de EE. UU. Para la investigación de la física nuclear, mostró que los físicos de principios del siglo XX todavía tenían razón: Es posible generar materia (y antimateria) directamente de la luz.
El fenómeno fue predicho hace más de 80 años por Albert Einstein, Gregory Breit y John A. Wheeler. Einstein predijo que era posible generar materia a partir de la colisión de dos fotones en la teoría especial de la relatividad, y Breit y Wheeler describieron que el proceso generaría un par electrón-positrón. La investigación actual ha analizado más de 6.000 pares de electrones y positrones producidos en colisiones en RHIC y afirma haber probado la teoría. El resultado fue publicado en Periódico científico Cartas de examen físico, 27 de julio.
partículas fisicas
El campo de la ciencia que estudia las partículas que componen nuestro universo y las interacciones entre ellas es la física de partículas. Puedes aprender más sobre el tema aquí.
Pero lo que se necesita para comprender los hallazgos de este informe es saber que hay materia y antimateria: todo lo que sabemos está compuesto de materia, compuesto de átomos compuestos de electrones (con carga negativa), protones (con carga positiva). ) y neutrones (neutro cargado). La antimateria es lo opuesto a eso.
Genera materia a partir de la luz
El principal hallazgo del nuevo estudio es que los pares de electrones y positrones – partículas de materia y antimateria – pueden ser creados directamente por la colisión de fotones de alta energía: «paquetes» cuánticos de luz. Esta conversión de luz en materia es una consecuencia directa de la famosa ecuación de Einstein «E = mcde ellos«, que establece que la energía y la materia (o masa) son intercambiables.
Breit y Wheeler describieron por primera vez en 1934 la posibilidad hipotética de colisión de partículas de luz para crear pares de electrones y sus contrapartes de antimateria, conocidas como positrones. Pero se dieron cuenta de que era casi imposible de hacer. Por tanto, propusieron una alternativa: acelerar los iones pesados. Y eso es lo que hace el equipo de Brookhaven.
Choque de nubes de fotones
Un ion es un átomo desnudo, sin sus electrones. Un ion de oro, con 79 protones, tiene una carga positiva fuerte. Acelerar este ion pesado a velocidades muy altas genera un fuerte campo magnético que gira alrededor de la partícula a gran velocidad a medida que se mueve, como una corriente que fluye a través de un cable.
«Si la velocidad es lo suficientemente alta, la fuerza del campo magnético circular puede igualar la fuerza del campo eléctrico perpendicular», dijo Zhangbu Xu, físico del equipo. Esta disposición de campos eléctricos y magnéticos perpendiculares de igual intensidad es exactamente lo que es un fotón: una «partícula» cuantificada de luz. «Entonces, cuando los iones se mueven cerca de la velocidad de la luz, hay un montón de fotones alrededor del núcleo de oro, viajando con él como una nube», dijo el físico.
Ilustración de dos iones de oro (en rojo) moviéndose en la dirección opuesta al 99,995% de la velocidad de la luz. Cuando se cruzan, sin chocar, dos fotones (?) De la nube electromagnética circundante interactúan entre sí para crear un par electrón-positrón.La fuente: BNL / Reproducción
“Tenemos dos nubes de fotones que se mueven en direcciones opuestas con suficiente energía e intensidad para que cuando los dos iones se crucen sin chocar, estos campos de fotones puedan interactuar”, dijo Xu. Luego, los físicos siguieron las interacciones y buscaron los pares electrones-positrones predichos en 1934. Y los encontraron.
El instrumento Solenoid Tracker (STAR) de RHIC midió la distribución angular de las partículas producidas en las colisiones de iones de oro que viajan a una velocidad cercana a la de la luz (99,995%) y aseguró que las partículas generadas sean reales y no virtuales.
«Nuestros resultados proporcionan una clara evidencia de la creación directa en un solo paso de pares de materia-antimateria a partir de colisiones de luz, como lo imaginaron originalmente Breit y Wheeler», concluyó Daniel Brandenburg, del Brookhaven Lab, quien analizó los datos de STAR en este descubrimiento.
ARTÍCULO Cartas de examen físico: doi.org/10.1103/PhysRevLett.127.052302