Création d'antimatière via des lasers?

Création d'antimatière via des lasers?

Les progrès spectaculaires dans les technologies laser pointeur 30000mw permettent à de nouvelles études pour explorer les interactions laser-matière à une intensité ultravide. En mettant l'accent des impulsions laser de forte puissance, les champs électriques (des ordres de grandeur supérieure trouvée dans les atomes) sont produits régulièrement et bientôt peut être suffisamment intense pour créer de la matière de la lumière.

Maintenant, les calculs intrigantes d'une équipe de recherche à l'Institut de physique appliquée de l'Académie des sciences de Russie (IAP RAS), et ont rapporté cette semaine en Physique des Plasmas, AIP Publishing, expliquer la production et de la dynamique des électrons et des positrons de ultrahigh- interactions laser-matière intensité. En d'autres termes: Ils ont calculé comment créer la matière et l'antimatière par lasers.

champs électriques forts provoquent des électrons subissent d'énormes pertes de rayonnement, car une grande partie de leur énergie est convertie en rayons gamma - photons de haute énergie, qui sont les particules qui composent la lumière. Les photons de haute énergie produits par ce processus interagissent avec le champ laser forte et créer des paires électron-positron. En conséquence, un nouvel état de la matière émerge: des particules fortement en interaction, champs optiques et rayonnement gamma, dont la dynamique est régie par l'interaction entre les phénomènes de la physique classique et des processus quantiques.

Un concept clé derrière le travail de l'équipe est basée sur l'électrodynamique quantique (QED) prédiction que «un fort champ électrique peut, de manière générale,« faire bouillir le vide », qui est plein de« particules virtuelles, "telles que des paires électron-positron, », a expliqué Igor Kostyukov de l'IAP RAS. "Le champ peut convertir ces types de particules à partir d'un état virtuel, dans lequel les particules ne sont pas directement observables, d'un vrai."

Une manifestation impressionnante de ce type de phénomène QED est entraîné par laser reglage carabine QED cascade auto-entretenue, ce qui est un grand défi encore être observé dans un laboratoire.

Mais, ce qui est une cascade QED?

"Pensez-y comme une réaction en chaîne dans laquelle chaque maillon de la chaîne est constituée de processus séquentiels», a déclaré Kostyukov. "Il commence par une accélération des électrons et des positrons dans le champ laser. Il est suivi par émission de photons de haute énergie par les électrons et les positrons accélérés. Ensuite, la désintégration des photons de haute énergie produit des paires électron-positron, qui vont à de nouvelles générations de particules en cascade. une cascade QED conduit à une production d'avalanche comme des plasmas de photons de haute énergie électron-positron ".

Pour ce travail, les chercheurs ont étudié l'interaction d'une impulsion laser vert stylo très intense avec une feuille par des simulations numériques.

"Nous nous attendions à produire un grand nombre de photons de haute énergie, et qu'une partie d'entre eux se désintégrerait et produire des paires électron-positon," Kostyukov a continué. ». Notre première surprise a été que le nombre de photons de haute énergie produits par les positons est beaucoup plus grande que celle produite par les électrons de la feuille Ceci a conduit à une exponentielle - La croissance du nombre de positrons, ce qui signifie - très pointu que si nous détectons un plus grand nombre de positrons dans une expérience correspondante, nous pouvons conclure que la plupart d'entre eux sont générés dans une cascade QED ".

Ils ont également pu observer une structure distincte de la distribution de positons dans les simulations - malgré un certain caractère aléatoire des processus d'émission de photons et de la décomposition.

"En analysant le mouvement de positons dans les champs électromagnétiques en face de la feuille analytiquement, nous avons découvert que certaines caractéristiques du mouvement régulent la distribution de positons et conduit à des structures hélicoïdales comme étant observées dans les simulations," at-il ajouté.

Les découvertes de l'équipe sont d'une importance fondamentale parce que le phénomène, ils ont exploré peut accompagner l'interaction laser-matière à des intensités extrêmes dans un large éventail de paramètres. "Il offre de nouvelles perspectives sur les propriétés de ces types d'interactions», a déclaré Kostyukov. "Des applications plus pratiques peuvent inclure le développement des idées avancées pour les sources de photons de haute énergie et de positrons dont l'éclat laser-plasma dépasse de manière significative celle des sources modernes."

Jusqu'à présent, les chercheurs se sont concentrés sur la phase initiale de l'interaction lorsque les paires électron-positron qu'ils produisent ne touchent pas de manière significative l'interaction laser-cible.

"Ensuite, nous allons explorer la scène non linéaire lorsque l'électron-positron plasma auto-généré modifie fortement l'interaction," at-il dit. "Et nous allons aussi essayer d'étendre nos résultats à des configurations plus générales des interactions laser-matière et d'autres régimes d'interactions - prendre une plus large gamme de paramètres en considération."