下一代激光器可让“幽灵粒子”显形

2010-8-19 10:30 来源: 中国科学院
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  据英国《新科学家》杂志网站8月18日(北京时间)报道,俄罗斯国立核研究大学的亚历山大·费德罗夫及其同事在即将发表于最新一期《物理评论快报》上的研究论文中说,根据他们的计算,一个强大的激光器可将制造出的首个正负电子对加速到很高的速度,从而让它们发光,这道光再与激光“合力”,产生更多的电子对。而这正是量子力学在20世纪30年代的一种预言。

  量子力学的不确定性原理意味着,宇宙空间并不是真的空无一物。相反,宇宙的随机波动使之变成了“一锅热腾腾的粒子汤”,电子以及其对应的反物质正电子就在其中。通常情况下,这些粒子一碰到其反物质,彼此都会瞬间湮灭于无形,我们根本来不及一睹其真容。不过,物理学家在20世纪30年代曾经预言,一个非常强大的电场可以让这些“幽灵粒子”显露形迹。由于这些粒子带有相反的电荷,电场可以将它们推往相反的方向,使它们分开而不至于同归于尽。

  而能够产生强大电场的激光器就是完成这项任务的理想“人选”。1997年,美国斯坦福直线加速器中心的物理学家们利用激光成功制造出了正负电子对,不过当时一次只能产生一个正负电子对。现在,科学家通过计算表明,下一代功能更强大的激光器可以通过启动连锁反应,捕捉到数以百万计的正负电子对。

  俄研究小组的计算表明,对于一台可将大约1026瓦的能量聚焦于一平方厘米范围的激光器而言,这样的连锁反应能够有效地将其激光转变成数百万个正负电子对。

  该研究论文的合作者、德国马普量子光学研究所的乔治·科恩称,第一个拥有如此强大功能的激光器或许于2015年由欧洲超强激光设施项目建成,不过之后还需几年时间完成必要的升级才能达到每平方厘米聚焦1026瓦的能量。

  美国普林斯顿大学的柯克·麦克唐纳表示,能够产生大量正电子的能力对于粒子加速器非常有用,比如提议新建的国际直线对撞器,其能够以极高的能量使电子和正电子一起粉碎,模拟宇宙诞生瞬间的高能量场景。

  目前用于大批量制造正电子的标准方法是将一块金属片上的高能电子束点火,以产生正负电子对。有专家认为,与之相比,超强激光器利用连锁反应来制造正电子的成本过于高昂。