宇宙大爆炸開始幾分鍾後，產(chan) 生了物質和反物質的第一批粒子，現在我們(men) 熟悉從(cong) 營火到原子彈一切事物中的相反過程：即物質產(chan) 生能量，但很難再現從(cong) 光到物質的關(guan) 鍵轉變。現在，加州大學聖地亞(ya) 哥分校的阿列克謝·阿雷菲耶夫領導一個(ge) 研究小組進行了一組新模擬，為(wei) 利用光製造物質指明了方向。這一過程首先將高功率激光對準目標，以產(chan) 生與(yu) 中子星一樣強的磁場。

這個(ge) 場會(hui) 產(chan) 生伽馬射線輻射，它們(men) 相互碰撞，在最短的瞬間產(chan) 生物質和反物質粒子對。機械和航空航天工程副教授阿雷菲耶夫(Arefiev)表示：在發表在《物理評論應用》期刊上的這項研究提供了一種方法，東(dong) 歐極限光基礎設施(ELI)高功率激光設施的實驗者可以效仿，在一到兩(liang) 年內(nei) 產(chan) 生真正的結果，其研究結果使科學家能夠首次探索宇宙中的一個(ge) 基本過程。

駕馭超高功率的能量

研究團隊在相對論激光-等離子體(ti) 模擬小組的同事們(men) 多年來一直在研究如何創造超強、定向的能量輻射光束，這項研究得到了國家科學基金會(hui) 和空軍(jun) 科學研究辦公室的部分支持。研究指出：實現這一目標的一種方法是將高功率激光對準一個(ge) 目標，以產(chan) 生一個(ge) 非常強的磁場，從(cong) 而釋放出強烈的能量釋放。瞄準密集目標的高強度、超短激光脈衝(chong) 可以使目標變得“相對透明”，因為(wei) 激光中的電子以非常接近光速的速度移動，有效地變得更重。

這可以防止激光的電子移動以保護目標不受激光照射。當激光推過這些電子時，它會(hui) 產(chan) 生一個(ge) 與(yu) 中子星表麵引力一樣強的磁場，比地球磁場強1億(yi) 倍以上。說這一切都是在一眨眼之間發生，一點都不誇張，磁場存在100飛秒(飛秒是十分之一秒-一千萬(wan) 億(yi) 分之一秒)。但是“從(cong) 激光的角度來看，這個(ge) 場是準靜態的，話又說回來，從(cong) 激光的角度來看，我們(men) 的壽命可能比宇宙的壽命更長。在這種情況下，高功率激光器是在數拍瓦範圍內(nei) 的激光器，一拍瓦是一百萬(wan) 瓦。

相比之下，太陽向地球整個(ge) 高層大氣提供了大約174拍瓦的太陽輻射，一支激光筆可以為(wei) Power Point幻燈片提供大約0.005瓦的功率。之前的模擬表明，激光器必須是高功率的，並且瞄準一個(ge) 微小的光點，才能產(chan) 生足夠強的磁場所需的強度。新模擬表明，通過增加焦點的大小，並將激光功率提高到4拍瓦左右，激光的強度可以保持不變，仍然可以產(chan) 生強大的磁場。模擬結果表明，在這些條件下，磁場的激光加速電子刺激了高能伽馬射線的發射。

粒子對

其中一個(ge) 有趣的事情是（電子-正電子對產(chan) 生）物質和反物質的成對粒子。這些粒子可以通過兩(liang) 個(ge) 伽馬射線束碰撞或一個(ge) 伽馬射線束與(yu) 黑體(ti) 輻射碰撞而產(chan) 生，黑體(ti) 輻射是一個(ge) 吸收落在上麵的所有輻射的物體(ti) 。科學家們(men) 之前已經完成了從(cong) 光到物質轉變的壯舉(ju) ，特別是在1997年斯坦福大學的一次實驗中，但那種方法需要額外的高能電子流，而新方法“隻是用來產(chan) 生物質的光”。

斯坦福大學的實驗“大約每100次就會(hui) 產(chan) 生一對粒子”。一項僅(jin) 用光創造物質的實驗，更接近地模擬了宇宙最初幾分鍾的情況，為(wei) 希望了解更多關(guan) 於(yu) 這一關(guan) 鍵時間段研究人員提供了一個(ge) 改進的模型。這項實驗還可以為(wei) 研究反物質粒子提供更多的機會(hui) ，反物質粒子仍然是宇宙組成的神秘部分。例如，科學家們(men) 好奇地想要更多地了解為(wei) 什麽(me) 宇宙中的物質似乎比反物質多，而這兩(liang) 者應該是等量存在的。

博科園｜研究/來自：加利福尼亞(ya) 大學聖地亞(ya) 哥分校

歡迎掃碼入群！

深圳科普將定期推出

公益、免費、優(you) 惠的活動和科普好物！