Uma equipe liderada por pesquisadores da Universidade de Osaka e da Universidade da Califórnia, em San Diego, usou simulações para demonstrar como a matéria pode ser criada experimentalmente usando apenas luz, o que no futuro poderá ajudar a testar teorias de longa data sobre a composição do universo.Uma das previsões mais surpreendentes da física quântica é que a matéria pode ser criada inteiramente a partir da luz, ou de fótons, e, de fato, objetos chamados pulsares conseguiram esse feito. A geração direta de matéria desta forma ainda não foi alcançada em laboratório, mas ajudaria a testar ainda mais as teorias fundamentais da física quântica e a composição fundamental do universo.
Num estudo recente publicado na Physical Review Letters, uma equipe de pesquisa liderada por pesquisadores da Universidade de Osaka simulou as condições de colisões fóton-fóton usando apenas lasers. Devido à configuração simples e facilidade de implementação com intensidades de laser existentes, espera-se que experimentos sejam realizados em um futuro próximo.
Teoricamente, a colisão fóton-fóton é o meio básico de produção de matéria no universo. É derivado da famosa equação de Einstein E=mc². Na verdade, os investigadores criaram matéria a partir da luz indirectamente: acelerando iões metálicos como o ouro uns nos outros a altas velocidades. Em velocidades tão altas, cada íon é cercado por fótons, que, ao passarem uns pelos outros, criam matéria e antimatéria.
No entanto, em laboratórios modernos, produzir matéria usando apenas lasers é um desafio porque são necessários lasers de potência extremamente alta. Simular como esse feito é alcançado em laboratório poderia levar a avanços experimentais, e foi isso que os pesquisadores se propuseram a fazer.
“Experimentos de simulação demonstraram que o plasma denso pode se auto-organizar em um colisor de fótons-fótons ao interagir com o forte campo eletromagnético do laser”, explica o Dr. Sugimoto, primeiro autor do estudo. "Este colisor contém um denso enxame de raios gama com uma densidade dez vezes maior que a densidade dos elétrons no plasma e uma energia um milhão de vezes maior que a energia dos fótons nos lasers."
Colisões fóton-fóton no colisor produzem pares elétron-pósitron, e o campo elétrico do plasma gerado pelo laser acelera os pósitrons. Isso cria um feixe de pósitrons.
"Esta é a primeira simulação da aceleração de pósitrons de um processo linear de Brett-Weller sob condições relativísticas", disse o co-autor Professor Arefiev, da Universidade da Califórnia, em San Diego. “Acreditamos que nossa proposta é experimentalmente viável e esperamos implementá-la no mundo real”.
Vyacheslav Lukin, diretor do programa da National Science Foundation que apoiou o trabalho, disse: "Esta pesquisa demonstra uma maneira potencial de explorar os mistérios do universo em um ambiente de laboratório. As possibilidades futuras de instalações de laser de alta potência hoje e no futuro tornam-se ainda mais fascinantes."
As aplicações deste trabalho à tecnologia fictícia de conversão de matéria em energia apresentada em Star Trek permanecem fictícias. Ainda assim, o trabalho tem o potencial de ajudar a confirmar experimentalmente teorias sobre como o universo é feito, e pode até ajudar a descobrir física até então desconhecida.
Referência: K. Sugimoto, Y. He, N. Iwata, IL. Sim, K. Tangtartharakul, A. Arefiev e Y. Sentoku, 9 de agosto de 2023, "Cartas de revisão física".
DOI:10.1103/PhysRevLett.131.065102
Fonte compilada: ScitechDaily