Fizikçiler “İmkansızı” Başarmak Üzere: Işığı Maddeye Dönüştürmek

Teorik olarak, ışığı maddeye dönüştürmenin mümkün olması gerekir. Fakat işi uygulamaya dökmeye gelince, “dile kolay” ifadesi dahi yetersiz kalıyor.

Bu sürecin ilk kez teorik olarak ortaya atıldığı zamandan bu yana tam 84 yıl geçti ve bazı araştırmacılar artık bunu yapabileceklerini düşünüyorlar – ve deneyi başlatmak üzereler.

m = E / c2

Buna Breit-Wheeler Süreci denir ve hepsi E = mc2 ile ilgilidir.

Bu süreç ilk olarak 1934’te Physical Review dergisinde Gregory Breit ve John A. Wheeler adında iki fizikçi tarafından tanımlanmıştır.

Breit ve Wheeler, makalelerinde, iki foton (ışık parçacıkları) birbirleriyle çarpıştırılırsa, oluşan çarpmanın bir pozitron ve bir elektron ile sonuçlanacağını öne sürdüler. Yani ışıktan madde meydana gelir.

Yapılması kolay olan bir şey değil. Aslında, Breit ve Wheeler bunun imkansız olacağını düşündüklerini, hatta laboratuvar deneylerinde bu oluşumu gözlemlemeye çalışmanın dahi   nafile olacağını düşündüler.

Fakat son zamanlardaki bilim adamları biraz daha iyimserdi. Ancak deney ekipmanları büyük miktarda yüksek enerjili parçacıkların eklenmesini gerektiriyordu ve hala hiç bir laboratuvarda bu konuyla ilgili olarak hiçbir zaman gözlenmedi: Biri hariç…

2014 yılında Imperial College London’daki araştırmacılar kendi deneylerini tasarlayarak bu yüksek enerjili parçacıklara olan ihtiyacı ortadan kaldırdılar. Ve şimdi sonunda bu deneyi yürütüyorlar.

Kıdemli araştırmacı ve fizik profesörü Steven Rose, konuyla ilgili olarak “Bu deney, Einstein’ın enerji ve kütle ile ilgili ünlü denkleminin saf bir gösterimi olacaktır: madde enerjiye dönüştürüldüğünde bize ne kadar enerji üretildiğini gösteren E = mc2’den bahsediyoruz. Yaptığımız şey aynı ama bu sefer formülün tersi: foton enerjisini kütleye dönüştürmek, yani m = E / c2.”

Fotonların Çarpışması

Takımın bir foton-foton çarpıştırıcısı dediği deney düzeneği, son derece yüksek güçlü iki lazer ışını içeren yeni bir fizik deneyi türüdür.

Biri, görünür ışık üreten fotonların enerjisinin yaklaşık 1000 katıdır; diğeri ise görünür ışık fotonlarının enerjisinin yaklaşık 1.000.000 kere milyon katıdır.

Bu lazerler birbirine çarpacak fotonları oluşturmak için kullanılacak. Hedef bir haznenin içinde, elektronlar  yüksek enerjili bir foton ışınını üretmek için  altın bir levhaya ateşlenir.

Daha sonra, ikinci bir yüksek enerjili lazer, termal radyasyon alanı oluşturmak için hohlraum denen küçük bir altın tüpe atılır.

Foton ışını daha sonra hohlraum boyunca yönlendirilir ve iki kaynaktan gelen fotonlar çarpışır. Eğer işe yararsa, ekip bu çarpışmalardan yüklü pozitronları tespit edebilir.

Ancak araştırmacılar, pozitronların diğer arka plan süreçlerinden kaynaklanmadığından emin olmak için, verileri son derece ayrıntılı bir şekilde kontrol etmek zorunda kalacaklar. Fakat eğer işe yararsa, deney sadece kendi açısından şaşırtıcı olmayacak – evreni biraz daha iyi anlamamıza yardımcı olabilir.

Araştırmacı Stuart Mangles, “Gregory Breit ve John Wheeler, mekanizmayı 1934’te ilk kez teklif ettiğinde, kuantum elektrodinamiği olarak bilinen ışık ve madde arasındaki etkileşimin yeni teorisini kullandılar. Her ne kadar QED‘in diğer tüm temel tahminleri deneysel olarak gösterilmiş olsa da, iki-foton Breit-Wheeler süreci hiç görülmemiştir.” diyor.

“Şimdi bunu gösterebilirsek, evrenin ilk 100 saniyesinde önemli olan ve evrende en büyük patlama olan ve fiziğin en büyük çözümsüzlüğü olan gama ışını patlamalarında da görülen bir süreci yeniden yaratacağız ve bu, fiziğin henüz açığa kavuşmamış en büyük gizemlerinden biri.”

Hala işe yaramayabilir – ama bu deney, bilimle alakalı harika şeylerden biri. Bazen, her şeyi görkemli bir karmaşa içinde meydana getirmek, neyin işe yaramadığını görmek ve bir dahaki sefere daha iyisini yapmak için bir şeyleri parçalamak gerekir.

Sonuçları merakla bekliyoruz. Bu arada, deneyle ilgili olarak ekibin Nature Photonics dergisinde yayınlanan 2014 tarihli makalesinden daha fazla bilgi edinebilirsiniz.

Kaynak: Science Alert