Петаваттный лазер превратил золото в «фонтан» антиматерии

Физики из университетов Райса и Техаса обнаружили, что при воздействии сверхмощных лазеров на металлические мишени образуются потоки частиц, в которых позитроны (антиэлектроны, положительно заряженные частицы) занимают весомую долю. По словам авторов, это может оказаться важным результатом в попытке создать устойчивую нейтральную плазму, состоящую из равных количеств позитронов и электронов. Исследование опубликовано в журнале Scientific Reports, кратко о нем рассказывается в пресс-релизе университета Райса.

То, что в результате действия мощных лазеров на металлические мишени происходит образование позитронов и электронов было известно физикам давно, однако доля античастиц среди продуктов взаимодействия была небольшой — едва доходила до одного процента. В новой работе исследователи воспользовались мощностью Техасского петаваттного лазера, направив его импульсы на специальные мишени из золота и платины. Продолжительность каждого из импульсов в них не превышала 130 фемтосекунд, а энергия равнялась примерно 100 джоулям. В результате взаимодействия фотонов с мишенью возникало огромное количество частиц, которое авторы анализировали, вычисляя для них отношение количеств электронов и позитронов. 

Оказалось, что в сравнении с ранними экспериментами, физикам удалось добиться повышения доли позитронов в смеси практически на порядок. В частности, в этом помогли более высокие мощности лазерного излучения, достижимые на одном из самых крупных в мире лазеров. В ряде случаев после обстрела мишени образовывалось свыше одного позитрона на три электрона. 

При равном числе позитронов и электронов возможно образование так называемой нейтральной плазмы. Считается, что такое состояние материи можно найти в джетах квазаров, ветрах пульсаров и в гамма всплесках. Также, предположительно, оно доминировало во Вселенной в первые миллисекунды после Большого Взрыва. По словам ученых, наблюдения за «парной плазмой» могут рассказать о явлениях, происходящих в этих необычных объектах.

Другой интересной чертой состояний с высокими концентрациями позитронов и электронов является возможность образования позитрония — частицы, в которой электрон и позитрон вращаются друг вокруг друга. Теоретически возможно создать Бозе-Эйнштейновский конденсат на основе позитрония. Такая материя, например, при вынужденной ее аннигиляции, способна создать чрезвычайно интенсивное лазерное излучение.