Laser, który "urzeczywistnia" cząstki wirtualne

Stara filozoficzna maksyma mówi, że coś nie może powstać z niczego. Na poziomie kwantowym dzieje się to jednak non stop - cząstki materii i antymaterii bezustannie wyłaniają się z nicości, by po chwili na powrót obrócić się w niebyt. Teraz fizycy za pomocą supersilnych laserów chcą pochwycić te cząstki duchy...

Ze słynnej zasady nieoznaczoności wynika między innymi to, że nie ma czegoś takiego jak absolutnie pusta przestrzeń. Nawet najdoskonalsza próżnia jest w rzeczywistości czymś w rodzaju kwantowej kipieli, w której bezustannie pojawiają się i z powrotem znikają pary cząstka-antycząstka.

Czas między kreacją takiej pary a jej anihilacją jest jednak zbyt krótki, aby zarejestrować ją nawet za pomocą najdokładniejszych przyrządów. Ze względu na ich nieuchwytność cząstki te nazywa się "wirtualnymi", w odróżnieniu od cząstek "rzeczywistych", które w swoim istnieniu są wystarczająco trwałe, aby można je było zaobserwować.

Może się wydawać, że taki podział jest nieco sztuczny. W końcu "wirtualność" cząstki bierze się jedynie z tego, że towarzyszy jej antycząstka, z którą po chwili anihiluje. Czyż nie jest tak, że gdyby jakoś rozdzielić tę parę, zanim dojdzie do jej unicestwienia, takie "uratowane" cząstki w niczym nie ustępowałyby cząstkom rzeczywistym?

Twierdząca odpowiedź na to pytanie znana była już w latach 30. XX w., ale dopiero niedawno fizykom udało się "urzeczywistnić" pierwsze cząstki wirtualne. Dokonano tego w 1997 r. przy użyciu silnego lasera. Światło laserowe, trafiając na swojej drodze na świeżo wykreowaną wirtualną parę elektron-pozyton, oddzielało te cząstki od siebie tuż przed ich zagładą.

Teraz fizycy są o krok od udoskonalenia tej metody, która być może pozwoli skuteczniej niż dotychczas produkować antymaterię. Jak wynika z obliczeń, laser nowej generacji budowany obecnie w ramach europejskiego projektu Extreme Light Infrastructure (ELI) będzie w stanie "urzeczywistniać" miliony cząstek naraz. Jego wiązka, osiągając niebotyczną moc 10^26 (sto milionów miliardów miliardów) watów na centymetr kwadratowy, wywoła reakcję łańcuchową, w której pierwsza para wykreowanych cząstek sama wyemituje światło, które z kolei wykreuje kolejną parę cząstek itd.

[cytat autor="John Kirk, Instytut Maksa Plancka w Heidelbergu, Niemcy"]Ogromna liczba cząstek dosłownie wysypie się z próźni.

Niektórzy wszakże krytykują tę metodę, przewidując, że będzie nieopłacalna w porównaniu z metodami już wykorzystywanymi. O tym, kto ma rację, mamy przekonać się być może już w 2015 r., bo wtedy ruszyć ma laser ELI.

Niech się stanie światłość?

Źródło: New Scientist