宇宙诞生几分钟后，光能的碰撞释放产生了第一个物质粒子和反物质粒子。我们熟悉相反的过程——物质产生能量——例如发生在原子弹中，但要重现光转化为物质的关键过程一直很困难。
现在,一组新的模拟的一个研究小组由加州大学圣地亚哥分校的Alexey Arefiev点使物质从光的道路。这一过程的开始是将高功率激光对准目标，杏耀以产生与中子星一样强的磁场。这个磁场会产生伽马射线，在极短的时间内产生物质和反物质粒子对。
5月11日发表在《物理评论应用研究提供了一种配方实验的极端光基础设施(ELI)大功率激光设备在东欧可能会在一到两年内产生实质性的结果,Arefiev说,机械和航空航天工程的副教授。
他说:“我们的研究结果让科学家们第一次能够探索宇宙的一个基本过程。”
利用高功率
阿雷菲耶夫、博士生王涛和他们在相对论激光等离子体模拟小组的同事们多年来一直在研究如何产生强烈的、定向的能量和辐射束，这项工作得到了美国国家科学基金会和空军科学研究办公室的部分支持。他们指出，实现这一目标的一种方法是将高功率激光对准目标，从而产生非常强的磁场，从而释放出强烈的能量。
高强度、超短的激光脉冲对准密集的目标可以使目标“相对透明”，
杏耀 ，因为激光中的电子以非常接近光速的速度运动，有效地变得更重，Arefiev解释说。这样可以防止激光的电子移动，从而保护目标不受激光的照射。当激光推过这些电子时，会产生一个磁场，其强度相当于中子星表面的引力——比地球磁场强1亿倍。
说这一切都发生在一眨眼之间，未免言过其实了。磁场存在100飞秒。(飞秒是10-15秒，也就是千万亿分之一秒。)但是“从激光的角度来看，这个场是准静态的，”Arefiev说。“而且，从激光的角度来看，我们的生命可能比宇宙的生命还要长。”
在这种情况下，高功率激光器是在多千兆瓦范围内的激光器。一千兆瓦就是一万亿瓦。相比之下，太阳向地球整个上层大气释放的太阳辐射约为174千兆瓦。一个激光指针可以为幻灯片提供0.005瓦的功率。
先前的模拟表明，要产生足够强的磁场，这种激光必须具有高功率并瞄准一个小点。新的模拟表明，通过增加焦点的大小并将激光功率提高到4 peta瓦特左右，激光的强度可以保持不变，并仍然产生强磁场。
模拟显示，在这些条件下，磁场的激光加速电子激发高能伽马射线的发射。
他说:“我们没有预料到我们不需要达到一个疯狂的强度，它只是足够增加功率，你可以得到非常有趣的东西。”
粒子对
其中一个有趣的现象是电子-正电子对的产生——物质和反物质成对的粒子。这些粒子可以通过两束伽马射线或一束伽马射线与黑体辐射碰撞产生，黑体辐射是一种吸收所有落在它上面的辐射的物体。这种方法产生了很多粒子——一次碰撞产生成千上万对粒子。
科学家们之前已经完成了光进入物质的壮举，特别是在1997年的斯坦福实验中，杏耀软件但是这种方法需要额外的高能电子流，而新的方法“仅仅是用光产生物质，”Arefiev说。他还指出，斯坦福大学的实验“大约每100次注射就会产生一个粒子对”。
一项仅使用光创造物质的实验，更接近宇宙最初几分钟的条件，为研究人员提供了一个改进的模型，以便更多地了解这一关键时期。这个实验也为研究反物质粒子提供了更多的机会，反物质粒子仍然是宇宙组成的一个神秘部分。例如，科学家们很好奇为什么宇宙中物质比反物质多，而反物质的数量应该是相等的。
Arefiev和他的同事被鼓励现在进行这些模拟，因为能够进行实际实验的激光设备现在已经可以使用了。他说:“我们专门对最近才出现的激光进行了计算，但现在这些激光设备应该可以使用了。”
奇怪的是，研究小组提出的模拟还可以帮助ELI的科学家们确定他们的激光是否像他们认为的那样强烈。Arefiev说，向直径只有5微米的目标发射多拍瓦范围的激光可以“摧毁一切”。“你开枪，它就消失了，没有什么是可以恢复的，你实际上无法测量你产生的峰值强度。”
但是，如果实验如预期的那样产生伽马射线和粒子对，“这将验证激光技术可以达到如此高的强度，”他补充说。
去年，加州大学圣地亚哥分校的研究人员获得了美国国家科学基金会的拨款，允许他们与ELI的研究人员合作进行这些实验。阿雷菲耶夫说，这种合作关系至关重要，因为美国目前还没有具备足够强大激光器的设施，尽管美国国家科学院(National Academies of Sciences) 2018年的一份报告警告说，美国在投资高强度超快激光技术方面已经失去了优势。
Arefiev说ELI的激光设备将在几年内准备好进行模拟测试。他说:“这就是我们写这篇论文的原因，因为激光是可操作的，所以我们离真正做到这一点并不遥远。”“科学吸引着我。眼见为实。”
