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Lichstrahlen im Dunkel

Wie aus Licht Materie werden könnte

Seit 80 Jahren weiß man, dass aus zwei Lichtteilchen theoretisch ein Paar aus einem Elektron und einem Positron hervorgehen kann - die einfachste Weise, Materie zu erzeugen. Die praktische Umsetzung ist aber schwierig. Forscher schlagen nun eine vergleichsweise einfache Methode vor, mit der es gelingen könnte.

Physik 19.05.2014

Theoretisch richtig, praktisch unmöglich

Die Studie in "Nature Photonics":

"A photon–photon collider in a vacuum hohlraum" O. J. Pike et al., erschienen am 18. Mai 2014.

1934 schlugen die beiden Physiker Gregory Breit und John Archibald Wheeler einen recht einfachen Weg vor, wie man aus Licht Materie erzeugen könnte: indem man nur zwei Lichtteilchen, also Photonen, miteinander kollidieren lässt. Ihre Berechnungen dazu sind zwar theoretisch solide, die praktische Umsetzung aber etwas kompliziert.

Die Väter der dazugehörigen Breit-Wheeler-Formel dachten selbst, dass diese wohl niemals möglich sein werde. In der Reinform ist es tatsächlich noch nie gelungen. D.h., in den bisherigen Experimenten, die diesen Prozess realisieren konnten, mussten zusätzlich hochenergetische massereiche Teilchen eingesetzt werden.

Zwei Schritte zur Umsetzung

Die Forscher um Oliver Pike vom Imperial College in London schreiben in ihrer aktuellen Arbeit, dass sie einen Weg gefunden hätten, wie man die Vorhersage ohne zusätzliche Hilfsmittel umsetzen könnte. Das vorgeschlagene Experiment besteht aus zwei wesentlichen Schritten. Zuerst müsste man einen extrem starken Hochintensitätslaser verwenden, um Elektronen fast auf Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen. Diese werden dann auf eine Goldplatte gefeuert. Dadurch entstünde ein Photonenstrahl, der die milliardenfache Energie von sichtbarem Licht hätte.

Für den nächsten Schritt bräuchte man einen Goldhohlraum, in den man einen Hochenergielaser richtet. Das so entstehende Wärmefeld würde Licht erzeugen, das man den Forschern zufolge mit Sternenlicht vergleichen kann. Den Photonenstrahl aus dem ersten Teil des Experiments müsste man dann auf das Zentrum des Hohlraums lenken. Die Lichtteilchen aus den beiden Quellen könnten dort kollidieren und dabei würden Elektronen und Positronen entstehen. Beim Verlassen des Hohlraums könnte man diese auch aufspüren.

Studienleiter Oliver Pike zeigt sich begeistert: "Die Theorie ist zwar recht simpel, aber bis jetzt war es sehr schwierig, sie experimentell zu überprüfen. Unser experimentelles Design könnte man relativ einfach mit bereits existierender Technologie umsetzen. Das Rennen um die Umsetzung des Experiments ist ab sofort eröffnet."

Eva Obermüller, science.ORF.at

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