Un equipo internacional de físicos ha propuesto un nuevo concepto que permitiría la creación de antimateria a partir de la luz, gracias a una configuración especial de dos rayos láser de alta intensidad. El estudio fue publicado en Communications Physics.
Los especialistas demostraron que es posible usar láseres de alta intensidad para generar fotones gamma en colisión, así como las longitudes de onda de luz más energéticas, para producir pares de electrones y positrones. Esto nos ayudará a comprender los entornos alrededor de algunos de los objetos más extremos del Universo: las estrellas de neutrones.
Proceso de Breit-Wheeler
El proceso de creación de un par de partículas materia-antimateria (un electrón y un positrón) a partir de fotones se llama proceso de Breit-Wheeler, el cual es extremadamente difícil de lograr de manera experimental. La probabilidad de que ocurra cuando dos fotones chocan es demasiado pequeña. Se necesitan fotones de muy alta energía, o rayos gamma, a una gran cantidad, a fin de maximizar las posibilidades de observación.
Por el momento es imposible construir un láser de rayos gamma, ya que el proceso de fotón-fotón Breit-Wheeler sigue sin haberse logrado. Sin embargo, el equipo de científicos ha propuesto una nueva solución que, según sus simulaciones, podría funcionar.
La propuesta consiste en un bloque de plástico, tallado con un patrón de canales entrecruzados a escala micrométrica. Dos potentes láseres, uno a cada lado del bloque, disparan fuertes pulsos a dicho objetivo. Cuando los pulsos de láser penetren en la muestra, cada uno de ellos acelerará una nube de electrones sumamente rápidos.
“Estas dos nubes de electrones corren una hacia la otra con toda su fuerza, interactuando con el láser que se propaga en la dirección opuesta”, explica el físico Toma Toncian del laboratorio de investigación Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf.
Los resultados
La colisión resultante es tan enérgica que produce una nube de fotones gamma. De acuerdo a la teoría de la relatividad general de Einstein, estos fotones gamma deberían colisionar entre sí para producir pares de electrones y positrones, afirmaron los autores.
Es más, el proceso debería generar poderosos campos magnéticos que coliman los positrones (en vez de los electrones) en haces con forma de chorro fuertemente acelerados. A una distancia de solo 50 micrómetros, la aceleración debería aumentar la energía de las partículas a un gigaelectronvoltio.
Finalmente, mediante una compleja simulación por computadora, los investigadores probaron su modelo y encontraron que debería funcionar, aunque se estén empleando láseres menos potentes a las propuestas anteriores.
La colimación y la aceleración del haz de positrones mejorarían la tasa de detección de las partículas. No solo eso, el experimento tiene una fuerte similitud con los potentes chorros de partículas colimadas emitidos por los púlsares.
Para los científicos, los procesos que tienen lugar cerca de estas estrellas resultarían en nubes de radiación gamma, similar a su experimento propuesto. “Con nuestro nuevo concepto, tales fenómenos serán factibles de ser simulados en el laboratorio, al menos hasta cierto punto, lo que luego nos permitiría comprenderlos mejor”, aseguró el físico Alexey Arefiev de UC San Diego.
Se planea hacer la experimentación en la instalación de láser de rayos X XFEL o en la instalación de Física Nuclear de Infraestructura de Luz Extrema, ambos ubicados en Europa.