Физики предложили сделать коллайдер «на кончике лазерного луча»

CERN/UOregon

Физики предложили создать компактный коллайдер в фокусе сверхмощного лазерного луча, вытаскивающий электроны и позитроны прямо из вакуума. Статья ученых опубликована в журнале Physical Review Letters, а ее препринт доступен в архиве е-принтов.

Коллайдеры элементарных частиц — это, как правило, огромные и сложнейшие установки. Однако физики ищут и разрабатывают новые методики ускорения частиц, которые позволили бы организовать коллайдеры в компактных масштабах.

Предложенная авторами новой работы схема опирается на известное в атомной физике явление перерассеяния. Выглядит это так. Мощный лазерный импульс выбивает из атома электрон. Этот электрон, оказавшись на свободе, чувствует очень сильное электрическое поле лазерного сгустка. Ведомый полем, он не успевает улететь далеко от родительского атома. Поле разворачивает его обратно и может снова столкнуть с атомом. В процессе этого «разгона с разворотом» электрон поглощает много фотонов из лазерного сгустка, и его энергия возрастает. Столкнувшись с атомом, он уже может вызвать новые процессы — например, выбьет второй электрон или породит ультракороткий рентгеновский импульс.

В новой статье предлагается сделать нечто похожее, но только без атома. Достаточно сильное электрическое поле лазерного сгустка способно породить электрон-позитронную пару прямо из вакуума. Удобнее всего это делать, сталкивая пучок гамма-квантов высокой энергии с обычным, но сверхмощным лазерным лучом в его фокусе. Рожденная электрон-позитронная пара сначала разлетится в разные стороны, но, ведомая сильным электрическим полем, может вновь сойтись и столкнуться. В процессе разбега электрон и позитрон приобретут дополнительную энергию, поэтому столкновение получится высокоэнергетичным

В принципе, та же группа несколько лет назад уже предлагала похожий микроскопический коллайдер, в котором лазерные лучи разрывают позитроний на две части и сталкивают их. Но позитроний надо сначала получить, а затем удерживать. В новой схеме этого уже не требуется: электроны и позитроны «вытаскиваются» из вакуума по мере необходимости.

Опубликована пока лишь теоретическая статья, и от нее до экспериментов еще далеко. Тем не менее, она лишний раз подчеркивает, какие любопытные квантовые явления могут происходить в сильном электромагнитном поле.

Игорь Иванов

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.