Photo credit: Một lon rỗng bằng vàng gọi là Hohlraum có thể tạo tiền đề cho bằng chứng thực nghiệm về một lý thuyết đã 80 tuổi.
Những nhà vật lý lý thuyết vừa tìm ra được cách có thể tạo ra vật chất từ ánh sáng. Thử nghiệm vẫn chưa được hoàn thành, nhưng đã qua giai đoạn xem xét tính thực tế và những nhà phát minh đang thảo luận với những nhà thí nghiệm về các trang bị có thể giúp thực hiện việc này. Đề xuất này đang được đưa vào thí nghiệm trong khi trong 80 năm qua, người ta đã chấp nhận rằng 2 photon ánh sáng có thể tạo ra vật chất trên lý thuyết. Vào thời điểm đó, chúng ta chưa có đủ công nghệ để thực hiện việc này trong phòng thí nghiệm.
Einstein từng nói một điều khó hiểu rằng, phương trình e=mc2 nói cho ta biết rằng, vật chất và năng lương có mối liên hệ với nhau. Cái này có thể trở thành cái kia. Ánh sáng là một trong những dạng của năng lượng được tạo ra từ vật chất trong bom nguyên tử. Tuy nhiên, để làm được điều ngược lại là cả một vấn đề.
Năm 1934, Gregory Breit và John Wheeler đề xuất rằng, dưới điều kiện hợp lý, 2 photon ánh sáng sẽ chuyển đổi thành một electron và phản hạt positron. Sản phẩm của cặp đôi Breit-Wheeler được xem là một trong 7 loại căn bản của mối liên hệ ánh sáng và vật chất (xem biểu đồ phía dưới). Những loại khác đều mang lại giải Nobel cho cả nhà thí nghiệm quan sát lẫn người đưa ra lý thuyết lý giải. (Trong vài trường hợp, quan sát đến trước lý thuyết, trong khi ở những trường hợp khác thì ngược lại).
“Dù tất cả các nhà vật lý là chấp nhận lý thuyết này là sự thật, khi Breit và Wheeler đề xuất lần đầu lý thuyết này, họ nói rằng họ chưa bao giờ nghĩ nó sẽ thực sự xảy ra trong phòng thí nghiệm”, giáo sư Steve Rose của trường hoàng gia London phát biểu. Tuy nhiên, rất nhiều những lựa chọn đã mở ra cho các nhà thí nghiệm từ đó.
Đầu năm nay, 2 nhà vật lý từ đại học Warsaw, Katarzyna Krajewska và Jerzy Kaminski đã mô phỏng sự phân tán của cặp electron-positron, được tạo ra khi hạt photon laze và hạt photon không laze va chạm với nhau. Điều này cho thấy “sự phát triển nhanh chóng của công nghệ laze cực mạnh đã dẫn đến sự phục hưng của các mối quan tâm lý thuyết về lĩnh vực điện động lực học lượng tử”.
Hiện nay, Rose và sinh viên của ông, PhD Oliver Pike đã tìm ra cách để đưa mô hình này vào thí nghiệm. Trên tờ Photon Tự Nhiên (Nature Photonics), họ đã đề xuất một qui trình 2 bước. Tia laze cực mạnh sẽ đẩy các electron cho đến khi chúng đi nhanh với vận tốc gần bằng vận tóc ánh sáng, hướng thẳng tới một miếng vàng. Những tác động của electron sẽ giải phóng tia gamma năng lượng cao. Những tia gamma bình thường, như là những tia được tạo ra bởi sự phân huỷ hạt nhân, sẽ không thể làm được điều này. Những hạt photon được sản xuất ra trong thí nghiệm này có năng lượng cao gấp 1000 lần so với những hạt photon được phân tách giữa tia X và tia gamma, gấp tỷ lần so với photon ánh sáng mà mắt thường nhìn thấy được.
Sau đó, năng lượng laze cực mạnh cần được giải phóng qua một ống rỗng bằng vàng ở phía bên kia và đốt cháy ánh sáng mặt trong của ống để tạo ra một sự lan toả sóng. Nếu tia gamma với năng lượng cao ở giai đoạn đầu được hướng vào trong lõi siêu nóng của ống vàng, Rose và Pike tin rằng sự va chạm giữa hai loại photon sẽ không chỉ sản sinh ra các cặp electron-positron, mà còn sản xuất với số lượng 100,000 căp mà họ sẽ ghi nhận được.
“Mặc dù lý thuyết có phần đơn giản về mặt khái niệm, đây là điều rất khó để kiểm chứng trong thí nghiệm. Chúng tôi đã có thể phát triển những khái niệm va chạm rất nhanh chóng, nhưng thiết kế thí nghiệm chỉ có thể làm được dễ dàng với công nghệ đương thời”, Pike nói.
Khái niệm này không đến từ một hệ thống nghiên cứu thí nghiệm lý thuyết của Breit-Wheeler, mà là từ đóng góp của Pike cho sự liên hợp hạt nhân. Ống vàng rỗng, được biết đến với cái tên hohlraum là một sản phẩm thí nghiệm của sự liên hợp. “Với vài tiếng đồng hồ tìm kiếm ứng dụng của hohlraums ngoài những ứng dụng chủ yếu của nó vào nghiên cứu liên hợp năng lương, chúng tôi đã khá ngạc nhiên khi phát hiện ra rằng nó cung cấp các điều kiện hoàn hảo cho việc tạo ra sự va đập photon”, Pike nói.
Tất nhiên có rất nhiều lỗi giữa ống và miệng ống. Mặc dù Pike và Rose kết hợp nghiên cứu trong phòng thí nghiệm với những trang bị thử nghiệm, nhưng thí nghiệm này vẫn chưa được thực hiện. Sự tiêu thụ năng lượng lớn để tạo ra vài electron có thể khiến cho thí nghiệm này thua lỗ xét về khía cạnh thương mại, nhưng mở ra một chân trời mới tuyệt với cho thế giới vật chất lượng tử.
Theo zeronews.us