miércoles, 9 de julio de 2014

DESPUÉS DE 80 AÑOS DE BÚSQUEDA CIENTÍFICOS DESCUBREN COMO CONVERTIR MATERIA DE LA LUZ.


Leyenda: Este cuadro demuestra interacciones de las teorías que describen la luz y la materia. Crédito: Oliver Pike, el Imperial - College de Londres

Los físicos del Imperial College de Londres han descubierto la forma de crear materia de la luz - una hazaña que parecía imposible cuando la idea fue teorizado por primera vez hace 80 años.
En un solo día en una pequeña oficina en el Laboratorio de Física del Blackett Imperial, tres físicos elaboraron una forma relativamente sencilla de probar físicamente una teoría que fuera primeramente ideada por los científicos Breit y Wheeler en 1934.

Breit y Wheeler sugirieron que debería ser posible convertir la luz en materia rompiendo juntos sólo dos partículas de luz (fotones), creando así un electrón y un positrón - el método más simple de convertir la luz en materia jamás predicho. Se encontró que el cálculo era teóricamente sólido pero Breit y Wheeler dijeron que ellos nunca esperaron a nadie para demostrar físicamente su predicción. Nunca se ha observado en el laboratorio y los experimentos anteriores para probarlo, requerían agregar partículas masivas de altas energías.
La nueva investigación, publicada en Nature Photonics, muestra por primera vez cómo la teoría Breit y Wheeler se podía probar en la práctica. Mediante un  "colisionador fotón-fotones", que convertiría la luz directamente en materia, tecnología que ya está disponible, sería un nuevo tipo de experimento de la física de alta energía. 


Esquema del colisionador fotón-fotón. Crédito: Nature Photonics

Este experimento podría crear un proceso que fue muy importante en los primeros 100 segundos del universo y que también se ve en los estallidos de rayos gamma, que son las mayores explosiones del universo y uno de los más grandes  misterios sin resolver de la la física.

Los científicos habían estado investigando los problemas vinculados con la energía de fusión, cuando se dieron cuenta que estaban trabajando en algo que podría aplicarse a la teoría Breit-Wheeler. El avance se logró con la colaboración de un físico teórico, compañero del Instituto Max Planck de Física Nuclear, quien estaba de visita en el College Imperial.
Demostrando la Teoría Breit-Wheeler (*1) ello proporcionaría la pieza que faltaba del puzzle definitivo de un rompecabezas de la física, la cual describe las maneras más simples en los que la luz y la materia interactúan. Las otras seis piezas de este rompecabezas, incluyendo  la teoría de Dirac en 1930 de la aniquilación de electrones y positrones y 1905 la teoría de Einstein sobre el efecto fotoeléctrico, están asociados con la investigación del ganador del Premio Nobel.

El profesor Steve Rose, del Departamento de Física del Imperial College de Londres, dijo:. "A pesar de todos los físicos que aceptan la teoría de que es verdad, cuando Breit y Wheeler propusieron por primera vez la teoría, me dijeron que no esperaban que se demostrara en el laboratorio; en la actualidad, casi 80 años más tarde, demostramos que estaban equivocados. ¿Qué fue para nosotros tan sorprendente? Fue el descubrimiento de cómo podemos crear materia directamente de la luz utilizando la tecnología que tenemos hoy en día en el Reino Unido. Como somos teóricos, ahora estamos hablando con otras personas que pueden utilizar nuestras ideas para llevar a cabo este experimento histórico ".
El experimento del colisionador que han propuesto los científicos implica dos pasos principales. En primer lugar, los científicos usarían un láser de alta intensidad extremadamente potente para acelerar los electrones hasta justo debajo de la velocidad de la luz. Ellos entonces disparar estos electrones en una losa de oro para crear un haz de fotones un billón de veces más energéticos que la luz visible.

Imagen: Rayos Gamma (en blanco) chocarían contra la nube de fotones de rayos X dentro del "Hohlraum" para producir positrones y electrones (en azul y rojo)-Crédito BBC Mundo

La siguiente etapa del experimento implica una monedita de oro como llaman a un Hohlraum (*2), palabra que en alemán se utiliza para denominar un "cuarto vacío". Los científicos podrían disparar un láser de alta energía en la superficie interna de este oro, para crear un campo de radiación térmica, lo que genera una luz similar a la luz emitida por las estrellas. Entonces dirigen el haz de fotones de la primera etapa del experimento a través del centro de la lata, haciendo que los fotones de las dos fuentes choquen y formen electrones y positrones; haciendoa posible detectar la formación de los electrones y positrones cuando salieran de a lata.
El investigador principal, Oliver Pike quien actualmente está completando su doctorado en física de plasma, dijo: "A pesar de que la teoría es conceptualmente simple, ha sido muy difícil de verificar experimentalmente Pudimos desarrollar la idea para el colisionador muy rápidamente y el diseño experimental que proponemos puede llevarse a cabo con relativa facilidad con la tecnología existente. Luego de unas horas de mirar las aplicaciones del Hohlraums fuera de su papel tradicional en la investigación de la energía de fusión, nos quedamos asombrados al descubrir que se habían proporcionado las condiciones perfectas para la creación de un colisionador de fotones. La carrera para llevar a cabo y completar el experimento está en marcha! "
El trabajo completo  se encuentra en Nature Photonics 434-436 DOI:10.1038/nphoton 2014.95

Fuente: EurekaAlert – Computational Astronomy & Astrophysics- Laura Bailey  / BBC Mundo /Nature Photonics /Wikipedia /Europa Press

(*) Glosario
(1) El proceso de Breit-Wheeler, o producción de pares Breit-Wheeler es la emisión de positrones-electrones pares fuera de una sonda fotón que se propaga a través de un polarizado de pulsada corta del campo electromagnético (por ejemplo: láser) El proceso es el más simple mecanismo por el cual la luz puede ser potencialmente transformable.
(2) Hohlraum es, en la radiación termodinámica, una cavidad cuyas paredes están en equilibrio radioactivo con el radiante de energía dentro de la cavidad.





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