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インペリアルカレッジロンドン、光から物質を生成

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May, 27, 2014, London--インペリアルの物理学研究チームは、光から物質を創る方法を発見した。この考えは80年前に理論化された時には実現不可能と考えられていた。
 インペリアルのブラケット物理学研究所で3人の物理学者が、1934年にBreit(Gregory Breit)とWheeler(John A. Wheeler)が初めて考案した理論を比較的簡単に実証する方法を思いついた。
 BreitとWheelerは、光粒子(フォトン)を2つだけ衝突させて打ち砕くことによって光を物質に変換することが可能であると提案した。これは電子と陽電子を創ることであり、これまでに予測された、光を物質に変換する最も簡単な方法である。計算では理論的に正当であることが分かったが、両氏はだれかがこの予測を物理的に実証するとは考えていないと表明した。これまでに研究室で観察されたこともなく、それをテストする過去の実験は巨大な高エネルギー粒子を必要とした。
 新しい研究は、BreitとWheelerの理論が実際にどのように証明されるかを初めて明らかにしている。この「光子-光子加速器」は、すでに実用になっている技術を用いて光を直接物質に変換するものであり、新しいタイプの高エネルギー物理実験である。この実験は、宇宙の最初の100秒で重要だったプロセスの再現であり、ガンマ線バーストでも見られ、宇宙で最大の爆発、物理学最大の未解決ミステリーの1つである。
 科学者は、自分たちが取り組んでいることがブライト-ホイーラ理論に適用できることを認識したとき、核融合エネルギーに無関係な問題を研究していた。ブレイクスルーは、マックスプランク研究所原子物理学フェロー、偶然インペリアルを訪問していた理論物理学者と共同で達成した。
 研究者たちが提案している加速器実験では、2つの重要なステップが必要になる。まず、極高強度レーザを使って電子を光速近くまで加速する。次に、これらの電子を金スラブにたたきつけて、可視光の10億倍強いエネルギーのフォトンビームを創り出す。
 実験の次の段では、ホールラウム(ドイツ語で「空虚な部屋」)と呼ばれる小さな金が必要になる。研究者は、高エネルギーレーザを金のカン内側表面めがけて打ち込み、熱放射場を作り、星からの光と同じ光を生成する。
 次に、実験の最初の段階からのフォトンビームを金の真ん中を通して、2つの光源からのフォトンを衝突させ、電子と陽電子を形成する。すると、これらがカンから出るときに電子と陽電子の形成を検出できる。
 研究成果は、Nature Photonicsに発表されている。
(詳細は、www3.imperial.ac.uk)