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물리학자들이 빛을 물질로 바꾸는 방법을 발견하다
Gail Wilson, Imperial College London 저자2014년 5월 19일
빛을 물질로 바꾸다
브라이트와 휠러의 이론은 광자를 충돌시켜 빛을 물질로 변환하는 것을 제안했습니다. 그들은 그것이 증명될 것이라고는 전혀 예상하지 못했지만, 새로운 연구는 기존 기술을 사용하여 그렇게 하는 실용적인 방법을 설명합니다. 이 광자-광자 충돌기는 초기 우주 과정과 감마선 폭발, 우주에서 가장 큰 폭발 중 일부, 그리고 물리학의 주요 미스터리에 대한 통찰력을 제공할 수 있습니다. 런던 임페리얼 칼리지 의 과학자들은 오늘날 우리가 보유한 기술을 사용하여 빛에서 직접 물질을 만드는 방법을 발견했습니다. 제국의 물리학자들은 빛으로부터 물질을 만드는 방법을 발견했습니다.
이는 80년 전 이 아이디어가 처음 이론화되었을 당시에는 불가능하다고 여겨졌던 업적입니다. 임페리얼 칼리지 블랙킷 물리학 연구실의 작은 사무실에서 하루 종일 몇 잔의 커피를 마시던 세 명의 물리학자는 과학자 브라이트와 휠러가 1934년에 처음 고안한 이론을 물리적으로 증명하는 비교적 간단한 방법을 찾아냈습니다. 브라이트와 휠러는 두 개의 빛 입자(광자)만 충돌시켜 전자와 양전자를 생성함으로써 빛을 물질로 변환할 수 있다고 제안했습니다.
이는 지금까지 예측된 가장 간단한 빛 물질 변환 방법입니다. 이 계산은 이론적으로 타당한 것으로 밝혀졌지만 브라이트와 휠러는 누군가가 물리적으로 예측을 입증할 것이라고는 예상하지 못했다고 말했습니다. 실험실에서 관찰된 적이 없으며 과거 이를 테스트하기 위한 실험에는 거대한 고에너지 입자를 추가해야 했습니다. Nature Photonics 에 게재된 새로운 연구는 처음으로 Breit와 Wheeler의 이론이 실제로 어떻게 증명될 수 있는지 보여줍니다. 이미 사용 가능한 기술을 사용하여 빛을 직접 물질로 변환하는 이 '광자-광자 충돌기'는 새로운 유형의 고에너지 물리학 실험이 될 것입니다. 이 실험은 우주의 처음 100초 동안 중요했던 과정을 재현할 것이며, 우주에서 가장 큰 폭발이자 물리학의 가장 큰 미스터리 중 하나인 감마선 폭발에서도 볼 수 있습니다.
과학자들은 핵융합 에너지에서 관련 없는 문제를 조사하던 중, 자신들이 연구하고 있는 것이 브라이트-휠러 이론에 적용될 수 있다는 것을 깨달았습니다. 이 획기적인 진전은 우연히 임페리얼을 방문한 막스 플랑크 핵물리학 연구소의 이론 물리학자와 협력하여 이루어졌습니다. 브라이트-휠러 이론을 증명하면 빛과 물질이 상호작용하는 가장 간단한 방식을 설명하는 물리학 퍼즐의 마지막 퍼즐 조각이 됩니다(그림 참조).
전자와 양전자의 소멸에 대한 디랙의 1930년 이론과 광전 효과에 대한 아인슈타인의 1905년 이론을 포함한 그 퍼즐의 나머지 여섯 조각은 모두 노벨상 수상 연구와 관련이 있습니다. 물리학자-빛으로부터-물질-창조 빛과 물질의 상호작용을 설명하는 이론. 출처: Oliver Pike, Imperial College London Imperial College
London의 물리학과 Steve Rose 교수는 "모든 물리학자가 이론이 사실이라고 받아들였지만, Breit와 Wheeler가 처음 이론을 제안했을 때 그들은 실험실에서 그것이 증명될 것이라고는 전혀 예상하지 못했다고 말했습니다. 오늘날, 거의 80년 후, 우리는 그들이 틀렸다는 것을 증명합니다. 우리에게 가장 놀라운 것은 오늘날 영국에서 보유하고 있는 기술을 사용하여 빛으로부터 직접 물질을 만드는 방법을 발견한 것입니다.
우리는 이론가이기 때문에 이제 우리의 아이디어를 사용하여 이 획기적인 실험을 수행할 수 있는 다른 사람들과 이야기하고 있습니다."라고 말했습니다. 과학자들이 제안한 충돌기 실험은 두 가지 핵심 단계를 포함합니다. 첫째, 과학자들은 매우 강력한 고강도 레이저를 사용하여 전자를 빛의 속도 바로 아래까지 가속합니다. 그런 다음 이 전자를 금판에 발사하여 가시광선보다 10억 배 더 강력한 광자 빔을 생성합니다.
실험의 다음 단계는 hohlraum(독일어로 '빈 방')이라고 불리는 작은 금 캔을 포함합니다. 과학자들은 이 금 캔의 안쪽 표면에 고에너지 레이저를 발사하여 열 복사장을 만들고 별에서 방출되는 빛과 유사한 빛을 생성합니다. 그런 다음 그들은 실험의 첫 번째 단계에서 나온 광자 빔을 캔 중앙을 통해 보내 두 소스의 광자가 충돌하여 전자와 양전자를 형성하도록 했습니다. 그러면 캔에서 나올 때 전자와 양전자의 형성을 감지할 수 있습니다.
현재 플라스마 물리학 박사 학위를 마치고 있는 수석 연구원 올리버 파이크는 "이 이론은 개념적으로 간단하지만 실험적으로 검증하기는 매우 어려웠습니다. 우리는 충돌기 아이디어를 매우 빠르게 개발할 수 있었지만, 우리가 제안하는 실험 설계는 비교적 쉽게 기존 기술로 수행할 수 있습니다. 핵융합 에너지 연구에서 전통적인 역할 외의 호흘라움의 응용 분야를 찾아본 지 몇 시간 만에 광자 충돌기를 만드는 데 완벽한 조건을 제공한다는 사실을 알게 되어 놀랐습니다. 실험을 수행하고 완료하기 위한 경쟁이 시작되었습니다!"라고 말했습니다.
이 연구는 공학 및 물리과학 연구 위원회(EPSRC), 존 애덤스 가속기 과학 연구소, 원자무기 연구소(AWE)의 자금 지원을 받았으며, 막스 플랑크 핵물리학 연구소와 협력하여 수행되었습니다.
참고문헌: OJ Pike, F. Mackenroth, EG Hill 및 SJ Rose의 "진공 hohlraum의 광자-광자 충돌기", 2014년 5월 18일, Nature Photonics. DOI: 10.1038/nphoton.2014.95
https://scitechdaily.com/physicists-discover-turn-light-matter/
메모 2504030352_소스1.분석중【】
드디어 거대한 우주의 물질과 빛의 상호작용을 나의 이론으로 정의역(*)할 수 있게 되었다. qpeoms.photon field과 msbase.material field의 변환 경로를 찾아냈다. Breit와 Wheeler의 이론이 임페리얼 칼리지 블랙킷 물리학자 3명에 의해 증명되었기 때문이다. 허허.
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1-1.)런던 임페리얼 칼리지의 과학자들은 오늘날 우리가 보유한 기술을 사용하여 빛에서 직접 물질을 만드는 방법을 발견했다.
노벨상감이다. 런던 임페리얼 칼리지의 3명의 과학자들은 처음으로 Breit와 Wheeler의 이론이 실제로 어떻게 증명될 수 있는지 보여준다.
qcell의 광자가 mcell의 물질로 변하는 과정이 실험적으로 증명된 셈이다. 광자-광자 충돌기는 1.)초기 우주 과정과 감마선 폭발, 우주에서 가장 큰 폭발 중 일부, 그리고 물리학의 주요 미스터리에 대한 통찰력을 제공할 수 있다. 빛과 물질의 상호작용을 설명하는 이론에 대한 실증적 발견이다.
_[【1-2】] 비교적 간단한 것이 자연의 속성이다. msbase의 시작수p는 끝수p와 폐곡선 한붓긋기 처럼 한점으로 만나 한면을 공유 2po.2pl 한다. 이들이 무한히 복잡하게 얽혀 있어도 간단원리의 속성을 변하지 않는다. 보기1. c.banding도 마찬가지이다. 전자와 전하는 시작수와 끝수이다. 가역적인 경로를 가졌기 때문이다. 둘이 합치면 간단히 보기에도 닫힌 상태 ems이다. 어허.
보기1. _c.banding
10111213_c1112
14151617_c14
18192021_c18
22232425
보기1-1.적용 msbase4.closed state
10000000
00000c00
000c250c
00000c00
_[【3】] 레이저 빔을 통해 금의 빈방 ems을 구축하면 그 안에서 mcell.msbase 별빛들을 만들어낸다. 이들 소스의 두 빛을 다시 충돌 시켜 전자와 양전자β+(전하) , 중성미자 형성을 감지할 수 있다.
참고로, 양전자는 전자와의 반입자 관계에 있는 페르미온으로, 반물질 중 주변에서 가장 흔히 볼 수 있는 종류이다. 전자와 전하는 반대이고 질량은 같은 입자이다.
양전자 방출은 베타 붕괴의 일종으로 베타 플러스 붕괴시에, 양성자는 약한 핵력을 통해 중성자로 변환되며, 이때 베타 플러스 입자(양전자)와 중성미자가 방출된다.
양전자를 방출하는 동위원소로는 탄소-11, 질소-13, 산소-15, 플루오린-18이 있다. 이러한 동위원소는 양전자 단층 촬영에 사용된다. 전자 포획은 양전자 방출과 경쟁적으로 발생할 수 있는 또 다른 붕괴방식이지만, 에너지 차이가 커질수록 양전자 방출로 붕괴할 확률이 높아진다.
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