تبدیل رویا به واقعیت: دانشمندان به دنبال روشی هستند تا ذرات نور را به ماده تبدیل کنند

حتماً همه ی شما دوستان تا به حال رابطه ی معروف فیزیکی E=mc ² را دیده اید. یک استنباط ساده ای که از این رابطه میتوان داشت این است که به صورت تئوری این امکان وجود دارد که با برخورد کردن فوتون های نور به یکدیگر بتوان ذرات الکترون و پوزیترون (ضد ذره ی الکترون با بار مثبت) را به صورت فیزیکی به وجود آورد و این یعنی می‌توان نور را به ماده تبدیل کرد. با ما همراه باشید تا برنامه ی گروهی از دانشمندان را برای تبدیل این تئوری به عمل طی سال آینده را به شما معرفی کنیم.

به صورت تئوری تبدیل ماده و نور به یکدیگر وجود دارد اما یک اثبات عملی تا به امروز برای آن پیدا نشده است تا بتواند فرض غیر عملی بودن این تبدیل را از بین ببرد.

حالا محققان در حال کار روی این موضوع هستند و می‌خواهند بستری را فراهم کنند تا به وسیله ی آن بتوانند از نور خالص و شرایطی که برای آن بوجود می‌آورند، به ماده برسند. تئوری که پشت این قضیه است ابتدا در حدود 80 سال پیش توسط دو فیزیکدانی که بعد از آن دست به توسعه و تحقیق در مورد ساخت اولین بمب اتمی دنیا پرداختند مطرح شده است و در همان زمان، آن دو فیزیکدان به این موضوع فکر میکردند ه نتایجی که به آن دست یافته اند فقط حالت تئوری دارد و در محیط آزمایشگاهی نمی‌توان به آن رسید.

اما چند وقت پیش مقاله ای منتشر شده است که در آن چند تن از فیزیکدانان امپریال کالج لندن ادعا کردند که مسأله ی استفاده از لیزرهای با قدرت بالا و دیگر تجهیزاتی که برای انجام آزمایش های فیزیکی بسیار پیشرفته مورد نیاز است را حل کرده اند و باید از این به بعد منتظر این باشیم تا مسائلی که پیش از این به دلیل نبود امکانات عملی لاینحل باقی مانده بودند، روشی برای اثبات عملی پیدا کنند.

در همین زمینه دکتر استیون رُز  از محقیق امپریال کالج میگوید:

ما تا به حال به صورت تئوری نشان داده ایم که چطور می‌توان نور را به ماده تبدیل کرد و اگر شما این آزمایش را انجام دهید شما خواهید توانست ذرات نور را بگیرید و آنها را ماده تبدیل کنید.

محققان تا به امروز به ساخت دستگاههایی که بتوانند توسط آن با استفاده از انرژی لیزر به ماده به آن خروجی دستگاه دست پیدا کنند نرسیده اند و نوعی از ماده که نتیجه ی کار نهایی آنها خواهد بود از جنس مواد زیر اتمی (مانند الکترون و پوزیترون) خواهد بود و به هیچ عنوان توسط چشم غیر مسلح دیده قابل رویت نخواهد بود.

خب حالا کمی در ماجرا ریز تر خواهیم شد. ایده ی اولیه برای ساخت همچین ماشینی برای اولین بار در سال 1934 توسط دو فیزیک دان امریکایی به نام های گئورگی بریت و جان ویلر ارائه شد. بر اساس نظر آنها، دو ذره ی نور با فوتون  می‌توانند با ترکیب با یکدیگر یک الکترون و یا ضد ماده ی آن که همان پوزیترون باشد را به وجود آورند. الکترون هم که معرف همه ی دوستان است؛ ذره ای از جنس ماده که لایه های خارجی اتم را تشکیل می‌دهد و به دور آن می‌چرخد. در آن زمان بریت و ویلر انتظار این را هم نداشتند که تئوری که آنها ارائه داده اند به همین زودی ها به مرحله ی عمل برسد و اثبات عملی شود. در مطالعات آنها این مورد به ورت واضح بیان شده است که فرآیند تبدیل انرژی یا نور به ماده بسیار نادر و سخت خواهد بود "به نظر نمیرسد بتوان در محیط آزمایشگاهی به آن جامه ی عمل پوشاند".

در ادامه پروفسور اولیور پایک، مدیر گروه محققین این مطالعات، این نظر را دارد که این فرآیند یکی از هوشمندانه ترین و پیشرفته ترین اثبات های رابطه ی معروفی است که توسط آلبرت اینشتین بیان شده و نشان می‌دهد که ماده و انرژی توانایی تبدیل به یکدیگر را دارند. در ادامه ایشان میگوید:

فرآیند بریت – ویلر یکی از آسان ترین راه هایی است که توسط آن ماده و نور می‌توانند به یک دیگر تبدیل شوند و یک اثبات عملی بدون نقص برای رابطه ی E=mc²خواهد بود.

بر اساس مقاله ای که در مجله ی Nature Photonics به چاپ رسیده است، دانشمندان شرح داده اند که چطور می‌توانند در طی چند مرحله نور را به ماده تبدیل کنند. اولین مرحله این است که ما الکترون هایی که در سطح یک ورقه ی طلا قرار دارند را با تابش لیزر به آن تحریک کنیم تا یک تابش فوتونی  با انرژی زیاد را ایجاد کنیم. در مرحله ی بعد باید یک اشعه ی پر انرژی لیزر دیگر را به یک کپسول کوچک دیگر از جنس طلا که hohlraum نام دارد، را در یک اتاق بسیار تاریک  که به سبک "اتاق های خالی" که توسط آلمانی در جنگ جهانی دوم مورد استفاده قرار می‌گرفت بتابانیم.  این عمل باعث به وجود آمدن نوری به روشنی و طول موجی که از ستارگان متصاعد می‌شود خواهد شد. در مرحله ی نهایی اشعه ای که در مرحله ی اول تولید کردیم را به hohlraum خواهیم تاباند که باعث به وجود آمدن دو جریان برخوردی از فوتون ها خواهد شد.

محاسبات محققین نشان می‌دهد که انجام این عملیات و تاباندن دو جریان الکترون به یکدیگر می‌تواند تا حدی زیاد باشد که توسط برخورد آنها بتوانیم تا یکصد هزار زوج الکترون، پوزیترون را به وجود بیاوریم.

این فرآیند یکی از نادر ترین آزمایشاتی است که تا به امروز در زمینه تئوری که الکتروداینامیک کوانتومی (QED) نامیده می‌شود، و برای اولین بار در دوران جنگ جهانی دوم توسعه داده شده، پیش بینی شده است. در ادامه آقای رُز در مورد این فرآیند می‍گویند:

شما می‌توانید این فرآیند را دراماتیک ترین نتیجه ی تئوری الکترودینامیک کوانتومی بنامید و این فرآیند به صورت واضح نشان خواهد داد که ماده و نور بالاخره خواهند توانست به صورت عملی هم به یکدیگر تبدیل شوند.

پیش بینی می‌شود از زمان شروع مراحل عملی تهیه زیرساخت های این آزمایش تا به مرحله ی عمل رسیدن آن مدت زمانی در حدود 12 ماه به طول انجامد. در همین زمینه پایگاه های علمی بسیاری در سرتاسر دنیا وجود دارند که امکانات مورد نیاز برای انجام این آزمایش را در اختیار دارند. یکی از این آزمایشگاه ها، مرکز تحقیقات لیزر Omega در شهر روچستر ایالت نیویورک امریکاست و مرکز تحقیقات Orion هم که در Aldermaston  بریتاینا قرار دارد انتخاب دیگری برای انجام ای آزمایش می‌تواند باشد و با توجه به انتظار جهانی هم که به نتایج این آزمایش وجود دارد، میتوان عظمی جهانی را در رسیدن به خروجی موفق در آن دید که هر چه بیشتر در رسیدن به نتایج موفق در این تئوری کمک خواهند کرد. به هر حال بهترین کار این است که بنشینیم و منتظر بمانیم تا فرآیند مورد نظر با نهایت دقت انجام شود و نتایج حاصل از این آزمایش منتشر شوند. البته معمولاً نتایج آزمایشاتی در این ابعاد تنها منحصر به همان موضوع اولیه ندارد و نتایج جانبی دیگری هم می‌توانند از آزمایش و فرآیند آن استنتاج گردند که همگی به پیشبرد هر چه بیشتر تحقیقات پیرامون ماده و انرژی، ذره و نور کمک شایانی خواهند کرد.

منبع: TheGuardian