Прямое рождение материи и антиматерии из чистой энергии
Посвящается “физикам”, отрицающим возможность перехода энергии в материю (см. комментарии в 1, 2, 3).
Ученые, изучающие столкновения частиц на коллайдере релятивистских тяжёлых ионов (RHIC) Брукхейвенской национальной лаборатории (США) предоставили убедительное доказательство рождения материи из энергии, предсказанное более 80 лет назад. Результаты были получены из подробного анализа более 6000 пар электронов и позитронов, идентифицированных в детекторе STAR, как образовавшиеся в результате “скользящего столкновения” ядер атомов золота на RHIC (детали см. в Physical Review Letters, 2021 ).
Основное открытие состоит в том, что пары электронов и позитронов — частицы материи и антиматерии — могут быть созданы непосредственно путем столкновения высокоэнергичных фотонов. Преобразование фотонов в материю (γ + γ ⟶ e⁻ + e⁺) является прямым следствием знаменитой формулы Эйнштейна E = mc², указывающей взаимозаменяемость энергии и материи. Ядерные реакции на Солнце и на атомных электростанциях регулярно превращают материю в энергию. Теперь ученые впервые прямо преобразовали электромагнитную энергию непосредственно в материю.
Встречные облака фотонов. В RHIC ученые ускоряют ядра атомов золота до 99,995% скорости света в двух кольцах ионного коллайдера. Ядро атома — это, по сути, "голый" атом, лишённый электронов. Ядро золота с 79 протонами несёт значительный положительный заряд. Ускорение такого заряженного тяжёлого иона до очень высоких скоростей создаёт сильное магнитное поле, которое закручивается по спирали вокруг ускоряющегося ядра. Напряженность кругового магнитного поля при релятивистских скоростях может быть равна напряженности перпендикулярного электрического поля (в планковских единицах), а такое расположение перпендикулярных электрических и магнитных полей равной силы и есть ничто иное как фотон. Таким образом, ядра атомов золота, движущиеся со скоростью близкой к скорости света, оказываются окутанными облаком фотонов. Когда два ядра (Au) летят навстречу друг другу и расходятся без столкновения (“скользящее столкновение”), фотоны встречных облаков (показаны жёлтым цветом ниже) могут провзаимодействовать. Этот случай схематически изображён на рисунке ниже.
В детекторе STAR отслеживались такие взаимодействия в поиске предсказанных электрон-позитронных пар. Фоном для таких событий являлись рождение e⁻e⁺ пар виртуальными фотонами. Чтобы быть уверенным, что e⁻e⁺ пары исходят от взаимодействия реальных фотонов, ученые доказали, что с учетом углового распределения каждого электрона по отношению к его позитрону-партнеру, вклад «виртуальных» фотонов не влияет на результат эксперимента.
а что, кто-то спорил с возможностью реакции рождения пар из фотонов?
Проблема в использовании популярных, но... Читать дальше
@Вадим Романский,
- ваша идея "Энергия - это число" — бессмыслица. Тогда, согласно вашей логике, "Всё - есть число" — энергия, время, пространство, энтропия ... Скучная логика.
- Термин чистая энергия в названии поста взят мной из оригинального сообщения (Collisions of light produce matter/antimatter from pure energy) самих авторов работы в Science News из Science Daily.
- Вместо вашего замечания: — "... кто-то спорил с возможностью реакции рождения пар из фотонов?" было бы уместнее/полезнее дать ссылки на известные вам аналогичные теоретические или экспериментальные исследования рождения e⁻e⁺ пар при столновении фотонов. На сегодня известно только об измерении несколько лет назад верхнего предела сечения (γγ) упругого рассеяния на ATLAS.
Система двух фотонов летящих на встречу друг другу исходно обладала массой. В системе цм ее суммарный импульс равен нулю, а значит масса равна энергии двух фотонов. Вот так из двух фотонов каждый из которых не обладает массой и получается массивная система.
И ...
1. вначале была материя и в конце была материя
2. суммарный импульс обнулен а энергия сохранилась. значит есть (и была) масса.
3. масса системы сохранится. Масса двух фотонов будет равна массе системы образовавшихся частиц
4 рассматривая каждую частицу по отдельности мы обнаружим деффект масс
поэтому энергия это число. это число в одной исо может быть больше чем в другой. одно точно, если есть энергия есть и материя.
@Рустем Мухаметшин, по-моему, не обязательно эту энергию приписывать "фотону" как частице. Разве недостаточно признать наличие материальной основы физического вакуума, которая колеблется и передает энергию?
Удивляет неуместные критика и замечания дилетантов результатов блестящей работы международной коллаборации STAR, выполненной на коллайдере релятивистских тяжёлых ионов (RHIC) Брукхейвенской национальной лаборатории (США) и опубликованной в PhysRevLet.
@Susanna Kazaryan, работа блестящая. Ее результаты не подлежат критике.
Дискуссионно лишь определение термина материя и ее связи с энергией. Если фотоны считать материей, что физично, то никакаого каламбура не возникает, материя не появилась, она сохранилась.
Равно как и энергия никуда (ни во что не превратилась) не делась в магическом превращении.
Скучно. Обыденность ежедневно наблюдаемая
Получается алхимики были правы, когда экспериментировали с золотом... Шучу конечно. ))) Классный пост.
А про виртуальные частицы не расскажете?
Действительно, при определенном условии возможно возникновение материи, масс из фотонов чистой энергии. Это условие - наличие "затравочных" масс, фермионов в природе, хотя бы в виде детекторов этой чистой энергии. Сама модель Большого взрыва уже предполагает наличие "затравочной" точки, обусловливающей последующие нелинейности.
Насчёт чистой энергии, позвольте не согласиться. Да, при столкновении фотонов высоких энергий, могут образоваться пары: частица-античастица. Но понятие, энергия, условное. Здесь главное сам факт движения фотонов со скоростью света. Фотоны считаются частицами с нулевым ходом времени, с нулевой массой покоя, но с предельно высокой скоростью. А рождённые ими частицы и античастицы,наоборот, имеют массу и ход времени, но относительно фотонов имеют нулевую скорость. Можно конечно сказать, что энергия движения фотонов, перешла в массу родившихся частиц., а можно сказать - движение фотонов в пространстве, преобразовалось в движение частиц во времени. И энергия тут не причём, если только для удобства. Пояление массы, это тоже следствие движения во времени.
Сусанна Казарян, давайте рассмотрим движение просто фотона в среде. Как известно уравнения Лоренц инвариантны, E^2-P^2=m0^2 для фотона m0=0, но при переходе фотона из вакуума в среду (воду...) импульс фотона уменьшается, то есть банально Лоренц инвариантность летит ко всем чертям. Конечно выход найден - фотон в среде связанный с полем поляризации среды и движется вместе с ним. Но это банально и поэтому не интересно. Более радикально будет если принять, что у фотона инвариант не масса покоя, а энергия! В этом случае в среде фотон становится просто массивным.
Но и это мелочь. Раз у фотона инвариант энергия и она не константа, то вполне может быть квант у которого энергия константа. Этот квант может быть как безмассовый так массивный. Без массовый в состоянии передавать материи только импульс превращаясь в массивный, а массивный наоборот отнимать импульс, становясь без массовым.....
при переходе фотона из вакуума в среду (воду...) импульс фотона уменьшается, то есть банально Лоренц инвариантность летит ко всем чертям.
Такая физика мне неизвестна. Фотон в среде не меняет импульс (энергию). Это факт. Фотон проходя сквозь стекло, не меняет цвет (энергию). Он в среде уменьшает только скорость.
Энергия это не материя. Что это?