加州大学圣地亚哥分校的贝基·汉姆 这项研究为极端光基础设施(ELI)高功率激光设备的研究人员提供了一个从光中产生物质的方法
图为伊莱束线研究中心的L3-HAPLS高级拍瓦激光系统
荣誉:劳伦斯·利弗莫尔国家实验室 宇宙诞生几分钟后，碰撞释放的光能创造了第一批物质和反物质粒子
我们熟悉从营火到原子弹等一切事物的逆过程——物质产生能量，但很难重现光转化为物质的关键过程
现在，由加州大学圣地亚哥分校的阿列克谢·阿雷菲夫领导的研究小组进行的一组新的模拟指出了用光制造物质的途径
这个过程始于将高功率激光对准目标，产生一个与中子星一样强的磁场
这个场产生伽马射线发射，在最短暂的瞬间，碰撞产生成对的物质和反物质粒子
该研究发表在5月11日的《应用物理评论》上，提供了一种配方，东欧的极光基础设施(ELI)高功率激光设施的实验学家可以遵循这种配方，在一到两年内产生真正的结果，机械和航空航天工程副教授Arefiev说
“我们的结果让科学家第一次能够探索宇宙中的一个基本过程，”他说
利用强大的力量 阿雷菲夫，博士
D
相对论激光等离子体模拟小组的学生王涛和他们的同事多年来一直致力于创造强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，实现这一点的一种方法是将高功率激光对准目标，产生一个非常强的磁场，从而释放出强烈的能量辐射
阿雷菲夫解释说，针对密集目标的高强度超短激光脉冲可以使目标“相对透明”，因为激光中的电子以非常接近光速的速度移动，实际上变得更重
这阻止了激光的电子移动，以保护目标免受激光的照射
当激光穿过这些电子时，它会产生一个与中子星表面引力一样强的磁场——比地球磁场强1亿倍
说这一切都发生在一眨眼之间是一个巨大的夸张
磁场存在100飞秒
(飞秒是10-15秒——一秒的十亿分之一
)但“从激光的角度来看，这个场是准静态的，”阿雷菲耶夫说
“话说回来，从激光的角度来看，我们的寿命很可能比宇宙的寿命还要长
" 在这种情况下，高功率激光器的功率在几千兆瓦范围内
十亿瓦特等于一百万瓦特
相比之下，太阳向地球的整个高层大气提供约174千兆瓦的太阳辐射
激光笔发出0
005瓦至电源点幻灯片
先前的模拟表明，所讨论的激光必须是高功率的，并瞄准一个微小的点，以产生足够强的磁场所需的强度
新的模拟表明，通过增加焦斑的大小，并将激光功率提高到大约4千兆瓦，激光的强度可以保持不变，但仍然会产生强磁场
在这些条件下，模拟显示，磁场的激光加速电子刺激高能伽马射线的发射
“我们没有想到我们不需要达到疯狂的强度，仅仅增加能量就足够了，你可以得到非常有趣的东西，”阿雷菲夫说
粒子对 有趣的事情之一是电子-正电子对的产生——物质和反物质的成对粒子
这些粒子可以通过两个伽马射线束碰撞或一个伽马射线束与黑体辐射碰撞而产生，黑体辐射是一种吸收落在其上的所有辐射的物体
这种方法产生了很多对——一次碰撞产生几十到几十万对
科学家们之前已经完成了光变成物质的壮举，特别是在1997年的斯坦福实验中，但是这种方法需要额外的高能电子流，而新方法“只是用来产生物质的光，”阿雷菲夫说
他还指出，斯坦福实验“大约每100次发射就会产生一对粒子”
" 一项仅使用光来创造物质的实验更接近地模拟了宇宙最初几分钟的情况，为希望更多了解这一关键时期的研究人员提供了一个改进的模型
该实验还可以提供更多研究反物质粒子的机会，反物质粒子仍然是宇宙组成的神秘部分
例如，科学家们很想知道为什么宇宙中的物质比反物质多，而反物质和物质的数量应该相等
Arefiev和他的同事们被鼓励现在就做这些模拟，因为现在已经有了能够进行实际实验的激光设备
他说:“我们专门对激光进行了计算，这些激光直到最近才可用，但现在应该可以在这些激光设施中使用。”
奇怪的是，研究小组提出的模拟也可以帮助伊莱科学家确定他们的激光是否像他们认为的那样强
阿雷菲夫说，向直径只有5微米的目标发射几千兆瓦范围的激光“会摧毁一切”
“你开枪，它就消失了，没有什么是可恢复的，你也不能真正测量你产生的峰值强度
" 但如果实验如预测的那样产生伽马射线和粒子对，“这将是激光技术能够达到如此高强度的验证，”他补充说
去年，加州大学圣地亚哥分校的研究人员收到了一份美国
S
国家科学基金会的资助允许他们与伊莱研究人员合作进行这些实验
阿雷菲耶夫说，这种伙伴关系至关重要，因为美国没有足够强大的激光设施，尽管美国国家科学院在2018年的一份报告中警告说
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在投资强超快激光技术方面失去了优势
阿雷菲耶夫说，伊莱激光设备将在几年内准备好测试他们的模拟
“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远，”他说
“科学吸引了我
眼见为实
"
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