تلاش فیزیکدان ها برای انجام آزمایشی غیرممکن

تلاش فیزیکدان ها برای انجام آزمایشی غیرممکن تبدیل نور به ماده

از دیدگاه نظری، تبدیل کردن نور به ماده باید کاری امکان پذیر باشد. اما تحقق بخشیدن به آن در عمل، بسیار پیچیده تر از تصورات ما است. اکنون با گذشت 84 سال از ارائه ی این نظریه، برخی از محققان تصور می کنند که می توانند این کار را انجام دهند و تلاش برای انجام این آزمایش بزرگ به زودی آغاز خواهد شد. تبدیل نور (که شکلی از انرژی است) به ماده فرآیند بریت-ویلر نام دارد و با رابطه ی معروف انیشتین، یعنی E=mc^2 در ارتباط است. فرآیند نام برده شده نخستین بار در سال 1934 توسط دو فیزیکدان به نام های گرگوری بریت و جان ای. ویلر در ژورنال مطالعات فیزیکی توضیح داده شد. بریت و ویلر در مقاله ی خود پیشنهاد کردند که اگر شما بتوانید دو فوتون – که همان ذرات نور هستند– را با یکدیگر برخورد دهید، این برخورد موجب تشکیل یک پوزیترون و یک الکترون خواهد بود. با انجام این کار شما با استفاده از نور، ماده ساخته و تولید کرده اید. انجام این کار به هیچ وجه ساده نیست. در واقع بریت و ویلر فکر می کردند که انجام چنین آزمایشی غیر ممکن است و معتقد بودند که "تلاش برای اجرای عملی این آزمایش در آزمایشگاه، کاملا بیهوده است."

در سال های اخیر دانشمندان در مورد انجام این آزمایش تا حدی خوشبین تر بوده اند، اما ایجاد شرایط آزمایشگاهی و ذرات بسیار پر انرژی که برای انجام آن مورد نیاز است کار ساده ای نخواهد بود و تاکنون چنین کاری در آزمایشگاه و یا خارج از آن انجام نشده است. در سال 2014، محققانی از کالج سلطنتی لندن آزمایشی را طراحی کردند که نیاز به این ذرات بسیار پر انرژی را از میان برداشته است. و حالا این دانشمندان در تلاشند که این آزمایش را انجام دهند. استیون رز، پروفسور فیزیک و یکی از محققان ارشد این پروژه چنین توضیح می دهد:" آزمایش پیش رو، تلاشی برای تحقق بخشیدن و اثبات رابطه ی معروف انیشتین است که انرژی را با ماده مرتبط می سازد: رابطه ی E=mc2 مشخص می کند که هنگام تبدیل ماده به انرژی، چه مقدار انرژی تولید می شود. اما کاری که ما قصد انجام آن را داریم درست برعکس آن است. ما می خواهیم انرژی فوتون ها را به ماده تبدیل کنیم و بر این اساس ثابت کنیم که m=E/c2." تجهیزات این آزمایش که تیم تحقیقات آن را برخورد دهنده ی فوتون با فوتون می نامند، یک ابزار آزمایشگاهی کاملا جدید است که شامل دو دستگاه تابش لیزر بسیار قدرتمند خواهد بود. انرژی یکی از این پرتوها، حدود 1000 برابر انرژی فوتون هایی است که نور مرئی را تشکیل می دهند؛ و انرژی دیگری حدود 1000000 میلیون برابر انرژی فوتون های تشکیل دهنده ی نور خواهد بود. از این لیزرها برای تشکیل فوتون هایی استفاده می شود که قرار است با یکدیگر برخورد داده شوند. در روند آزمایش، الکترون ها در درون یک محفظه ی هدف به سمت قطعه ای طلا شلیک می شوند تا پرتویی از فوتون های پر انرژی تشکیل داده شود.

در مرحله ی بعد، یک لیزر پر انرژی دیگر به درون یک لوله ی کوچک از جنس طلا شلیک می شود تا یک میدان حرارتی تابشی ایجاد شود. این لوله هولورام نام دارد. پرتوی تشکیل شده از فوتون ها طوری هدایت می شود که از درون هولورام عبور کند و فوتون های پرتاب شده از دو منبع با یکدیگر برخورد کنند. اگر این اتفاق بدون هیچ مشکلی رخ دهد، تیم تحقیقات قادر خواهند بود تا پوزیترون های باردار ایجاد شده در اثر برخورد را تشخیص دهند. اما آن ها باید داده ها را با دقت و جامعیت هرچه بیشتر کنترل کنند تا مطمئن شوند که پوزیترون های شناسایی شده حاصل فرآیندهای جانبی این آزمایش نباشند. اما اگر دانشمندان موفق به انجام این آزمایش شوند، تنها موفقیت این تیم انجام یک آزمایش غیر ممکن نخواهد بود- بلکه با انجام این کار آن ها خواهند توانست درک بهتر و بیشتر از دنیای اطراف را به دست آورند. استورات مانگلز یکی از محققان این پروژه می گوید:"هنگامی که گرگوری بریت و جان ویلر برای نخستین بار این مکانیزم را در سال 1934 پیشنهاد کردند، از نظریه ی جدید تعامل بین نور و ماده بهره بردند که نظریه ی الکترودینامیک کوانتومی نام دارد."

او هم چنین می افزاید:" در حالی که تمام پیش بینی های مبتنی بر نظریه ی الکترودینامیک کوانتومی از آن زمان تاکنون به طور عملی اثبات و نشان داده شده اند، فرآیند بریت-ویلر برای برخورد دو فوتون تاکنون محقق نشده است." "اگر ما موفق شویم این آزمایش را در عمل تحقق ببخشیم، فرآیندی را بازسازی کرده ایم که در 100 ثانیه ی نخست پیدایش جهان بسیار مهم و موثر بوده است و در شکافت پرتوهای گاما، که بزرگترین انفجارهای جهان و یکی از معماهای حل نشده ی فیزیک به شمار می روند نیز مشاهده شده است." البته هنوز هم این احتمال وجود دارد که در روند آزمایش مشکلاتی پیش آمده و آن را متوقف کند. اما این موضوع یکی از زیبایی ها و شگفتی های دنیای علم است. گاهی تمام تدارکات و تحقیقات انجام شده برای یک آزمایش منجر به شکست می شود، اما این شکست مشخص خواهد کرد که روش طراحی شده قابل اجرا نیست و در آینده باید از روش ها و گام های جدیدی استفاده شود.