התנגשויות של אור מייצרות חומר / חומר אנטי מאנרגיה טהורה

Share on facebook
Share on twitter
Share on linkedin
Share on telegram
Share on whatsapp
Share on email
פרסומת
MAGNEZIX מגנזיקס


מדענים החוקרים התנגשויות חלקיקים במתקפלת היונים היחסית היחסית (RHIC) – משרד משתמשים באוניברסיטת משרד האנרגיה למדעי המחקר למחקר בפיזיקה גרעינית במעבדה הלאומית ברוקהאבן של DOE – הציגו עדויות מוחלטות לשתי תופעות פיזיקה שניבאו לפני יותר מ -80 שנה . התוצאות נגזרו מניתוח מפורט של יותר מ -6,000 זוגות אלקטרונים ופוזיטרונים שהופקו בהתנגשויות חלקיקים מציצות ב- RHIC ומתפרסמים ב מכתבי סקירה פיזיים.

הממצא העיקרי הוא שניתן ליצור זוגות אלקטרונים ופוזיטרונים – חלקיקי חומר ואנטי חומר – ישירות על ידי התנגשות בפוטונים אנרגטיים מאוד, שהם "חבילות" אור קוונטיות. המרה זו של אור אנרגטי לחומר היא תוצאה ישירה של E = mc המפורסם של איינשטיין2 משוואה, הקובעת כי אנרגיה וחומר (או מסה) ניתנים להחלפה. תגובות גרעיניות בשמש ובתחנות כוח גרעיניות ממירות חומר באופן קבוע לאנרגיה. כעת המדענים הפכו את אנרגיית האור ישירות לחומר בצעד אחד.

התוצאה השנייה מראה כי נתיב האור העובר דרך שדה מגנטי בוואקום מתכופף אחרת בהתאם לאופן בו מקוטב האור הזה. סטיה כזו תלויה בקיטוב (המכונה "שבירה כפולה") מתרחשת כאשר האור עובר דרך חומרים מסוימים. (השפעה זו דומה לדרך אֹרֶך גַלסטיה תלויה מפצלת אור לבן לקשתות.) אך זו ההפגנה הראשונה של כיפוף אור תלוי קיטוב בחלל ריק.

שתי התוצאות תלויות ביכולתו של גלאי ה- STAR של RHIC – Tracker Solenoid ב- RHIC – למדוד את התפלגות הזווית של חלקיקים המיוצרים בהתנגשויות מבטות של יוני זהב הנעים כמעט במהירות האור.

ענני פוטונים מתנגשים

יכולות כאלה לא היו קיימות כאשר הפיזיקאים גרגורי ברייט וג'ון א 'וילר תיארו לראשונה את האפשרות ההיפותטית של התנגשות חלקיקי אור ליצירת זוגות אלקטרונים ועמיתיהם נגד חומר, המכונים פוזיטרונים, בשנת 1934.

"בעיתון שלהם, ברייט וילר כבר הבינו שזה כמעט בלתי אפשרי לעשות", אמר הפיזיקאי של מעבדת ברוקהייבן, ג'אנגבו שו, חבר בשיתוף הפעולה של RHIC. "לייזרים אפילו לא היו עדיין! אבל ברייט וילר הציעו אלטרנטיבה: האצת יונים כבדים. והחלופה שלהם היא בדיוק מה שאנחנו עושים ב- RHIC."

יון הוא בעצם אטום עירום, מוסר מהאלקטרונים שלו. יון זהב, עם 79 פרוטונים, נושא מטען חיובי רב עוצמה. האצת יון כבד טעון כל כך למהירויות גבוהות מאוד מייצרת שדה מגנטי רב עוצמה המסתובב סביב החלקיק המהיר בזמן שהוא נע – כמו זרם הזורם דרך חוט.

"אם המהירות גבוהה מספיק, חוזק השדה המגנטי המעגלי יכול להיות שווה לחוזק השדה החשמלי הניצב," אמר שו. ואותו סידור של שדות חשמליים ומגנטיים בניצב באותה עוצמה זהה בדיוק לפוטון – "חלקיק" אור מכמות. "לכן, כאשר היונים מתקרבות למהירות האור, יש חבורה של פוטונים המקיפים את גרעין הזהב, הנעים איתו כמו ענן."

ב- RHIC, מדענים מאיצים יוני זהב ל 99.995% ממהירות האור בשתי טבעות מאיץ.

"יש לנו שני ענני פוטונים הנעים בכיוונים מנוגדים עם מספיק אנרגיה ועוצמה שכששני היונים רועים זה על זה בלי להתנגש, שדות הפוטונים האלה יכולים לתקשר," אמר שו.

פיזיקאים של STAR עקבו אחר יחסי הגומלין וחיפשו אחר זוגות האלקטרונים והפוזיטרונים החזויים.

אך ניתן ליצור זוגות חלקיקים כאלה על ידי מגוון תהליכים ב- RHIC, כולל באמצעות פוטונים "וירטואליים", מצב של פוטון הקיים בקצרה ונושא מסה יעילה. כדי להיות בטוחים שזוגות החומר-אנטי-חומר מגיעים מפוטונים אמיתיים, על המדענים להוכיח כי תרומתם של פוטונים "וירטואליים" אינה משנה את תוצאות הניסוי.

לשם כך, מדעני STAR ניתחו את דפוסי התפוצה הזוויתית של כל אלקטרון ביחס לפוזיטרון השותף שלו. דפוסים אלה נבדלים בזוגות המיוצרים על ידי אינטראקציות פוטוניות אמיתיות לעומת פוטונים וירטואליים.

"מדדנו גם את כל האנרגיה, התפלגויות המסה ומספר הקוונטים של המערכות. הם תואמים את חישובי התיאוריה לגבי מה שיקרה עם פוטונים אמיתיים", אמר דניאל ברנדנבורג, עמית גולדהאבר במעבדת ברוקהייבן, שניתח את נתוני STAR בנושא התגלית הזו.

מדענים אחרים ניסו ליצור זוגות אלקטרונים-פוזיטרונים מהתנגשויות אור באמצעות לייזרים חזקים – קרני אור עזות ממוקדות. אבל לפוטונים האינדיבידואליים בתוך הקורות העזות האלה עדיין אין מספיק אנרגיה, אמר ברנדנבורג.

ניסוי אחד במעבדת המאיצים הלאומית של SLAC בשנת 1997 הצליח באמצעות תהליך לא לינארי. תחילה נאלצו מדענים שם להגביר את האנרגיה של הפוטונים בקרן לייזר אחת על ידי התנגשותה בקרן אלקטרונים חזקה. התנגשויות בין הפוטונים המועצמים עם פוטונים מרובים בו זמנית בשדה אלקטרומגנטי עצום שנוצר על ידי חומר לייזר אחר ואנטי חומר.

"התוצאות שלנו מספקות עדות ברורה ליצירה ישירה, בצעד אחד, של זוגות חומר-חומר מפני התנגשויות אור כפי שנחזה במקור על ידי ברייט וויילר," אמר ברנדנבורג. "הודות לקרן היונים הכבדים באנרגיה גבוהה של RHIC ולמדידות הקבלה והדיוק הגדולות של גלאי STAR, אנו מסוגלים לנתח את כל ההתפלגויות הקינמטיות עם נתונים סטטיסטיים גבוהים כדי לקבוע שתוצאות הניסוי אכן תואמות התנגשויות פוטוניות אמיתיות."

כיפוף אור בחלל ריק

היכולת של STAR למדוד את הסטיות הזעירות של אלקטרונים ופוזיטרונים המיוצרים כמעט גב אל גב באירועים אלה גם נתנה לפיזיקאים דרך ללמוד כיצד חלקיקי אור מתקשרים עם השדות המגנטיים החזקים שנוצרו על ידי היונים המואצים.

"ענן הפוטונים שמקיף את יוני הזהב באחת מקורות ה- RHIC יורה לשדה המגנטי המעגלי החזק שמייצרים היונים המואצים בקרן הזהב האחרת", אמר צ'י יאנג, משתף פעולה ותיק ב- STAR מאוניברסיטת שנדונג שבילה את כל הקריירה שלמדו זוגות אלקטרונים ופוזיטרונים שהופקו מתהליכים שונים ב- RHIC. "התבוננות בהתפלגות החלקיקים שיוצאים מספרת לנו כיצד אור מקוטב מתקשר עם השדה המגנטי."

ורנר הייזנברג והנס היינריך אוילר בשנת 1936 וג'ון טול בשנות החמישים, ניבאו כי ואקום של חלל ריק יכול להיות מקוטב על ידי שדה מגנטי רב עוצמה וכי ואקום מקוטב כזה צריך להסיט את נתיבי הפוטונים בהתאם לקיטוב הפוטונים. טול, בתזה שלו, פירט גם כיצד ספיגת האור על ידי שדה מגנטי תלויה בקיטוב ובחיבורו לאינדקס השבירה של האור בחלל ריק. סטייה תלויית קיטוב זו, או שבירה כפולה, נצפתה בסוגים רבים של גבישים. לאחרונה דווח גם על האור המגיע מכוכב נויטרונים המתכופף בצורה זו, ככל הנראה בגלל יחסי הגומלין שלו עם השדה המגנטי של הכוכב. אך אף ניסוי על בסיס כדור הארץ לא זיהה התפרקות דו-צדדית בא לִשְׁאוֹב.

ב- RHIC מדדו המדענים כיצד קיטוב האור השפיע אם האור "נקלט" בשדה המגנטי.

זה דומה לאופן בו משקפי שמש מקוטבים חוסמים קרניים מסוימות מעבר אם הם לא תואמים את הקיטוב של העדשות, הסביר יאנג. במקרה של משקפי השמש, בנוסף לראות פחות אור שעובר, אתה יכול, באופן עקרוני, למדוד עלייה בטמפרטורה של חומר העדשה מכיוון שהוא סופג את אנרגיית האור החסום. ב- RHIC, אנרגיית האור הנספגת היא שיוצרת את זוגות האלקטרונים-פוזיטרונים.

"כשאנחנו מסתכלים על המוצרים המיוצרים על ידי אינטראקציות בין פוטון לפוטון ב- RHIC, אנו רואים שהתפלגות הזווית של המוצרים תלויה בזווית הקיטוב של האור. זה מצביע על כך שקליטת (או מעבר) של האור תלויה קיטוב, "אמר יאנג.

זו התצפית הניסיונית הראשונה על בסיס כדור הארץ לפיה הקיטוב משפיע על יחסי הגומלין של האור עם השדה המגנטי בחלל הריק – ההחלפה הדו-כיוונית של הוואקום שחזתה בשנת 1936

"שני הממצאים הללו מתבססים על תחזיות של כמה מגדולי הפיזיקאים בתחילת המאה ה -20", אמר פרנק גורטס, פרופסור באוניברסיטת רייס, שצוותו בנה והפעיל את "זמן-הזמן-" החדשני ביותר. רכיבי גלאי טיסה של STAR שהיו נחוצים למדידה זו. "הם מבוססים על מדידות בסיסיות שהתאפשרו רק לאחרונה בטכנולוגיות וטכניקות הניתוח שפיתחנו ב- RHIC."

.



קישור לכתבת המקור – 2021-07-30 01:36:06

Share on facebook
Facebook
Share on twitter
Twitter
Share on linkedin
LinkedIn
Share on telegram
Telegram
Share on whatsapp
WhatsApp
Share on email
Email
פרסומת
MAGNEZIX מגנזיקס

עוד מתחומי האתר