模拟光子与光子碰撞中物质的产生

量子物理学最引人注目的预测之一是物质只能由光(即光子)产生，事实上，被称为脉冲星的天体实现了这一壮举。以这种方式直接生成物质尚未在实验室中实现，但它将能够进一步测试基本量子物理理论和宇宙的基本组成。

在最近发表在《物理评论快报》上的一项研究中，由大阪大学研究人员领导的一个团队模拟了仅使用激光就能实现光子与光子碰撞的条件。设置的简单性和在目前可用的激光强度下易于实施使其成为近期实验实施的有希望的候选者。

理论上，光子与光子的碰撞是宇宙中物质产生的基本手段，它源自爱因斯坦著名的方程 E=mc2。事实上，研究人员已经利用光间接产生了物质：通过将金等金属离子高速加速到彼此之间。在如此高的速度下，每个离子都被光子包围，并且在相互掠过时，产生了物质和反物质。然而，由于需要极高功率的激光器，在现代实验室中仅使用激光来实验生产物质具有挑战性。模拟如何在实验室中实现这一壮举可能会带来实验突破，因此这就是研究人员着手要做的事情。

“我们的模拟表明，当与激光的强电磁场相互作用时，致密等离子体可以自组织形成光子-光子对撞机，”该研究的主要作者杉本博士解释道。“这个对撞机含有密集的伽马射线，其密度比等离子体中电子的密度高十倍，其能量比激光中光子的能量大一百万倍。”

对撞机中的光子与光子碰撞产生电子-正电子对，正电子对由激光产生的等离子体电场加速。这产生正电子束。

加州大学圣地亚哥分校的合著者阿雷菲耶夫教授表示：“这是第一次模拟相对论条件下线性布赖特-惠勒过程加速正电子。” “我们认为我们的建议在实验上是可行的，我们期待在现实世界中实施。” 支持这项工作的国家科学基金会项目主任 Vyacheslav Lukin 博士表示：“这项研究展示了一种在实验室环境中探索宇宙奥秘的潜在方法。今天和明天的高功率激光设施的未来可能性变得更加有趣。”

这项工作在《星际迷航》虚构的物质-能量转换技术中的应用仍然只是虚构的。尽管如此，这项工作有可能帮助通过实验证实宇宙的构成理论，甚至可能有助于发现以前未知的物理学。

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