NRK Meny
Normal

Vil lage materie av lys

Britiske forskere har endelig funnet ut hvordan de skal omsette en 80 år gammel teori til praksis.

sunray in church

Einsteins masseenergilov sier at masse og energi, for eksempel lys - det nærmeste vi kommer 'ren energi' - kan gå over i hverandre.

Foto: colourbox

I 1934 utarbeida Gregory Breit og John A. Wheeler en teori for hvordan lys kan omgjøres til materie.

Ved å få to fotoner, populært kalt lyspartikler, til å kollidere, skulle de ende opp med ett elektron og ett positron. Lys har dermed blitt til fast stoff – i teorien.

Nå mener tre fysikere fra London Imperial College å ha funnet en måte å gjennomføre dette på i praksis.

En verkebyll

I 1905 presenterte Albert Einstein en av de mest berømte tesene i moderne fysikk: E = mc2 , eller masseenergiloven. Den sier at masse og energi er to sider av samme sak, og at de to kan gå over i hverandre.

Gregory Breit

Amerikanske Gregory Breit utarbeida i 1934 Breit–Wheeler-prosessen sammen med John A. Wheeler.

Foto: Magnus Manske

– At stoff kan bli energi vet vi veldig godt – det er det som skjer i alle verdens 400 kjernekraftverk, for eksempel, og i sola, sier fysiker Bjørn Hallvard Samset til NRK.no.

Han forklarer at den motsatte prosessen likevel er noe mer kinkig.

– Matematisk er dette ganske greit, og teorien ble regnet ut alt for 80 år siden. Problemet er bare at fotoner er vanskelige å ha med å gjøre, og de må både ha veldig, veldig mye energi for at de skal kunne danne stoff, og vi må ha veldig høy intensitet av dem for at det skal bli sannsynlig at det skjer.

Foreløpig har vi ikke hatt noe eksperiment som kan bekrefte teorien fra 1934. Samset forteller at alle tror på den, men at det at man ikke har kunnet studere den har vært en liten verkebyll.

Partikkelfysikk + fusjonsforskning

De britiske forskernes forslag til løsning kalles A photon–photon collider in a vacuum hohlraum, og rapporten er publisert i Nature Photonics.

Eksperimentet de nå foreslår har to deler, og trekker veksler på både fusjonsforskning og standard partikkelfysikk – første del handler om sistnevnte:

– Den handler om å lage fotoner med ekstremt høy energi. Dette gjør de ved først å gi energi til elektroner, som er lette å jobbe med, og så smelle disse inn i noe tungt og hardt. Da kan vi få stoff til å gå over til energi, og få dannet en stråle med kjempekraftige fotoner, forklarer Samset.

Del to av eksperimentet lener seg på inertial confinement fusion - laserfusjon på godt norsk, og dreier seg om å gi fotonene mange andre fotoner å kollidere med.

– De putter det som skal fusjonere inn i en liten beholder – et såkalt hulrom – og skyter så på dette med kraftige lasere. Metallet hulrommet er laget av begynner da å gløde intenst. Når veggene i hulrommet gløder blir det som om lyset fra solen konsentreres inn i et lite hull, og på forskerspråket betyr det et bad av mange, mange fotoner.

Tanken er deretter å ta fotonene fra første del og smelle inn i fotonbadet som blir skapt i del to. Hvis alt går etter planen skal forholdene være såpass ekstreme at de kan få danna elektroner fra fotoner – med andre ord masse fra energi.

Det kommer til å ta tid

Breit og Wheeler – de to forskerne som sto bak den originale teorien – påpekte at de hadde liten tro på at tankene deres faktisk skulle bli omsatt til et faktisk eksperiment.

– Prosessen er så vanskelig å framkalle at det vil være håpløst å observere pardannelsen i et laboratorieeksperiment, skal de ha skrevet ifølge Guardian.

Det er da heller ikke sånn at eksperimentet kommer til å bli gjennomført i nærmeste fremtid.

London Imperial College-forskerne sier at det er gjennomførbart med dagens teknologi, noe Samset er enig i.

– Men neppe uten å bygge et enormt, dedikert eksperiment. Forskerne foreslår med andre ord at en stor gruppe forskere og et digert laboratorium skal bruke de neste 10 årene på å få dette til.

– Kunnskap er alltid første steg

Er det egentlig noe poeng i å bruke masse tid og ressurser på et eksperiment vi mener å kjenne svaret på?

– Forståelsesmessig så regner vi nok med at vi alt vet hva svaret på eksperimentet vil bli, men samtidig skal vi være veldig forsiktige med akkurat det. Dette er en av naturens forunderligheter som vi tror vi kjenner, men som vi aldri har kunnet sjekke. Vi VET ikke før vi har sett etter, sier Samset.

Han tviler likevel på om dette vil få noen særlige konsekvenser for teknologiutviklinga, men sier at det derimot kan lære oss noe om hvordan universet fungerer i stor skala, og hvordan forholdene var like etter Big Bang, da denne typen kollisjoner var vanlige i en kort stund.

– Dagens Big Bang-teori tar nok for gitt at den 80 år gamle teorien stemmer. Dette er altså nok et av de resultatene som kan gi oss bedre oversikt over naturen rundt oss og hva den kan finne på, men neppe praktisk anvendelse. Skjønt, aldri si aldri. Kunnskap er alltid første steg.