Cómo transformar la luz en materia

En 1934, Breit y Wheeler sugirieron que debería ser posible convertir la luz en materia dividendo los fotones, en un electrón y un positrón. Después de 80 de años de investigación, tres físicos del Imperial College de Londres han descubierto cómo transformar materia de la luz.

Hemos demostrado, en principio, cómo se puede hacer la materia de la luz. Si se hace este experimento, se podrá tomar la luz y convertirla en la materia", explicó dijo Steven Rose del College Imperial de Londres.

La nueva investigación, publicada en la revista científica Nature Photonics, mostrará por primera vez cómo la teoría de Breit y Wheeler poder llevarse acabo de manera práctica en los próximos 12 meses a través de un "colisionador de fotones”, que convertirá directamente la materia mediante una tecnología que ya está disponible.

Este experimento podría crear un proceso que fue muy importante en los primeros 100 segundos de la formación del Universo y que también se observa en los estallidos de rayos gamma, que son las mayores explosiones del universo y uno de los misterios sin resolver más grandes para la física. Los científicos se toparon con este descubrimiento al estar investigando los problemas vinculados con la fusión.

A pesar de que teoría descrita por primera vez hace 80 años por los estadounidenses Gregory Breit y John Wheeler,, quienes trabajaron en la primera bomba atómica, ha sido comprobada científicamente, ha sido considerada imposible de realizarse en un laboratorio.

El nuevo avance se logró en colaboración con un físico teórico compañero del Instituto Max Planck de Física Nuclear, quien estaba de visita Imperial. El demostrar la teoría de Breit-Wheeler proporcionaría a la física de una pieza de clave, que describiría las maneras más simples en los que la luz y la materia interactúan.

A pesar de todos los físicos aceptan la teoría como verdadera, cuando Breit y Wheeler la propusieron por primera vez, dijeron que no esperaban que se mostrara realmente en el laboratorio; casi 80 años más tarde, demostramos que estaban equivocados.

Qué podría ser tan sorprendente para nosotros que el descubrimiento de cómo podemos crear materia directamente de la luz utilizando la tecnología que tenemos hoy en día en el Reino Unido. Como somos teóricos, ahora estamos hablando con otras personas que pueden utilizar nuestras ideas para llevar a cabo este experimento histórico", señaló el profesor Steve Rose, del Departamento de Física del Imperial College de Londres.

El experimento propuesto por los científicos implica dos pasos principales. En primer lugar, los físicos usarían un láser de alta intensidad extremadamente potente para acelerar los electrones hasta por debajo de la velocidad de la luz. Entonces, podrían disparar estos electrones sobre un lámina de oro para crear un haz de fotones un billón de veces más energéticos que la luz visible.

La siguiente etapa del experimento implica una pequeña moneda de oro vacía (hohlraum) para que los científicos disparen nuevamente el láser de alta energía en la superficie interna de esta moneda, creando un campo de radiación térmica, que generara una luz similar a la luz emitida por las estrellas. Posteriormente, se dirigirán los fotones de la primera etapa, haciendo que los fotones de las dos fases choquen y se formen electrones y positrones, de acuerdo con Eurekalert.

A pesar de que la teoría es conceptualmente simple, ha sido muy difícil de verificarla experimentalmente. Pudimos desarrollar la idea para el colisionador muy rápidamente, el diseño experimental que propusimos puede llevarse a cabo con relativa facilidad y con la tecnología existente. En unas horas de mirar las aplicaciones de los "hohlraums" fuera de su papel tradicional en la investigación de la energía de fusión, nos quedamos asombrados al descubrir que proporcionaron las condiciones perfectas para la creación de un colisionador de fotones. La carrera para llevar a cabo y completar el experimento está en marcha", indicó el investigador principal, Oliver Pike.

Pike aseguró que el proceso es una demostración de la famosa relación E = mc2 de Einstein de que muestra que la materia y la energía son intercambiables. El proceso se basa en las predicciones en la teoría de la "electrodinámica cuántica" que se desarrolló en el período previo a la segunda guerra mundial. Los científicos esperan demostrar el proceso en los próximos 12 meses.

Actualmente, existen varios sitios que cuentan con las condiciones adecuadas para llevar a cabo este experimento, uno de ellos se encuentra en Rochester, Nueva York y otro en Aldermaston, la instalación de armas atómicas en Berkshire.

Tal colisionador podría ser utilizado para estudiar la física fundamental con un montaje experimental muy limpio: entra luz pura y sale materia. El experimento sería la primera demostración de esto", dijo Pike.

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