Lazerin yoğunluğu maddenin boşluktan çıkmasına neden olur. Michel Alberganti tarafından
Anahtar Kelimeler: enerji, vakum, madde, oluşturma, parçacıklar, antimadde
E = mc 2 denkleminin biyografisi tam olmaktan uzak. 16 Ekim Pazar günü Arte tarafından yayınlanan kurgusal belgeselde (Gary Johnstone tarafından E = mc2 denkleminin bir biyografisi) verilen dikkat çekici örnek, yakında yeni ve heyecan verici bir bölümü deneyimleyebilir. National School of Advanced Techniques (Ensta), Polytechnic School ve CNRS, Palaiseau (Essonne) ile ortak olan Uygulamalı Optik Laboratuvarı'nda (LOA), Gérard Mourou getirebileceği ana yaklaşıyor bir boşluktan gelen madde ...
“Boşluk her şeyin anasıdır” diyor kesin bir neşeyle. Mükemmel durumda, "cm3 başına devasa miktarda partikül içerir ... ve bir o kadar antiparçacık içerir". Boşluk dediğimiz bu görünür madde yokluğuna götüren sıfır toplamın olduğu yerden. On dördüncü yüzyıldan bu yana, sözlüğün "madde tarafından işgal edilmeyen bir alan" olduğu sözlüğün tanımına meydan okuyan şey. Bu, antimadde olmadan ve Albert Einstein'ın yüz yıl önce 1905'te özel görelilikten çıkardığı ünlü E = mc² formülü olmadan sayılıyordu.
Neden vakumdan madde üreterek bu formülü tersine çevirelim? Gérard Mourou için uygulamalar, yeni göreli mikroelektroniklerin yaratılmasından Büyük Patlama'nın çalışılmasına ve kara deliklerin simülasyonu olasılığına kadar geniş bir yelpazede yer alacak. Onun "aşırı ışık" dediği şey, çevredeki hücrelere zarar vermeden tümörlere saldırabilen proton terapisinin geliştirilmesine, "nükleer farmakolojiye" ve bir materyalin radyoaktivitesini basit bir düğme ile kontrol etme olasılığına izin verir. Cenevre'deki CERN'deki devasa tesislerle rekabet edebilecek son derece kompakt hızlandırıcıların üretiminden bahsetmiyorum bile. Işığın kontrolü bu nedenle sınırlarına ulaşmış olmaktan uzaktır. LOA, 1921'de Albert Einstein'a Nobel Ödülü kazandıran keşiflerin en çarpıcı sonuçlarından biri olan lazerle çalışıyor.
Gérard Mourou, 1960 yılında ilk kez elde edilen bu tutarlı ışık ışınının gücünün artırılmasında önemli bir rol oynadı. 1985'te, cıvıl cıvıl darbe amplifikasyonu (CPA) adı verilen bir yöntem geliştirdi (Le Monde du 8 Haziran 1990). Gérard Mourou, "Bir gecede, bir masanın üzerinde duran ve yoğunluğu bir futbol sahası büyüklüğündeki enstalasyonlarinkine eşit bir kaynak yarattık" diye açıklıyor.
Sörf dalgası
Yirmi yıl boyunca, fizikçiler, dalgayı bozan ve lazerlerin doğduğu katıların yok olmasına neden olan yaklaşık 1014 W / cm2 (W / cm2) yoğunlukta doğrusal olmayan fenomenlerin ortaya çıkması üzerine tökezledi. Gérard Mourou, özelliklerinden biri geniş bir frekans aralığı içermesi olan çok kısa darbeler (pikosaniye, yani 10-12 saniye) üreten kaynaklar kullandı. CPA'yı açıklamak için bir tünele bakan bisikletçilerin peloton analojisini kullanan araştırmacı, "Sorunu çözmek için, dürtüyü artırmadan önce, fotonları sıralayarak onu esnettik" diyor. Önden geçiş sırasında tıkanmayı önlemek için bazı koşucuları engelden önce yavaşlatmak gerekir.
Gérard Mourou aynı şeyi frekanslarla yapıyor. Onları ayırdıktan sonra, bir kırınım ızgarası kullanarak her renge farklı yollar uygular. Her frekansın yükseltilmesinden sonra, aynı profilde fakat çok daha yoğun bir dürtü bulmak için ters işlemi gerçekleştirmek "yeterlidir". CPA ile yoğunluk yeniden tırmanmaya başladı ve bugün 1022 W / cm2, 1024'da 2 W / cm2006'ye ulaştı.
Gérard Mourou, "Yoğunluğun belirli bir değerine kadar, gelen dalganın manyetik bileşeni, elektrik bileşenine kıyasla önemsiz kalıyor," diyor Gérard Mourou. Ancak 1018 W / cm2'den itibaren elektrona baskı uygular. O zamana kadar basit bir "kabarma" ya maruz kalan ikincisi, aniden, kendi hızına, yani ışığın hızına ulaşana kadar onu taşıyan bir kırılma dalgası tarafından taşınır. Daha sonra göreceli doğrusal olmayan görüşe giriyoruz. Yırtık elektronlar atomlarını "elektronları tutmaya çalışan, sürekli bir elektrik alanı, yani elektrostatik, hatırı sayılır yoğunlukta" oluşturan iyonlara dönüştürür. Gelen ışık dalgasının değişen elektrik alanı böylece doğrudan bir elektrik alanına dönüştürülür.
Bu “olağanüstü” fenomen, metre başına 2 teravoltluk (1012 V / m) bir titanik alan oluşturur. Gérard Mourou, “Bir metrede CERN…” diye özetliyor. 1023 W / cm2'de elektrostatik alan metre başına 0,6 petavolta (1015 V / m) ulaşacaktır…
Karşılaştırma için, Stanford Lineer Hızlandırıcı Merkezi (SLAC) parçacıkları 50 km'de 3 giga-elektronvolta (GeV) kadar hızlandırır. Araştırmacı, "Teorik olarak, saçın çapına göre bir mesafe üzerinden aynısını yapabiliriz" diyor. Enrico Fermi (1901-1954) kendi zamanında, petavolta ulaşmak için hızlandırıcının Dünya'nın etrafında dolaşması gerektiğini tahmin etti.
Bay Mourou, "Işık tarafından itilen elektronlar iyonları arkalarında çeker" diye devam ediyor. Şu andan itibaren tekne çapasını çekiyor. İlk ışık bir elektron ve iyon demeti oluşturdu. LOA, elektronları birkaç on mikronluk mesafelerde 150 mega elektronvoltluk (MeV) enerjilere hızlandırmayı başardı. Önce GeV'e, ardından "çok daha ileriye" gitmeyi planlıyor.
Mini Büyük Patlama
Uzun vadede büyük parçacık hızlandırıcılarla rekabet edebilecek bu gelişme ile aynı zamanda Gérard Mourou, elde edilen muazzam ışık yoğunlukları sayesinde "boşluğu kırmaya", yani ortaya çıkarmaya çok yakın olduğunu söylüyor. görünüşe göre hiçbir şeyin olmadığı bir şey.
Gerçekte, büyülü bir operasyon sorunu değil, "basitçe" görünmez olanı ortaya çıkarmaktır. Teorik hedef, 1030 W / cm2'lik bir yoğunluktur. Bu değeri elde etmek için, fizikçiler vakumu bir dielektrik, yani bir yalıtkan olarak görürler. Aşırı güçlü bir akımın bir kapasitörün "kopmasını" sağlaması gibi, "vakumu kırmak" da mümkündür.
Peki o zaman ne olacak? Boşluktan hangi tuhaf parçacıklar çıkacak? Burada yine gizem temizlendi. Bir elektron-pozitron çifti olacak. En hafif olan ve dolayısıyla Einstein'ın formülüne göre en az enerjiye ihtiyaç duyan parçacık ve onun karşı parçacığı. Ve bu minimum da iyi bilinmektedir: 1,022 MeV.
Böylece, maddenin laboratuvardaki bir boşluktan ilk kez ortaya çıkması için her şey hazır görünüyor. Bu mini Big Bang, 1030 W / cm2'den önce bile gerçekleşebilir. Bay Mourou, X veya gama ışınları kullanarak bu eşiği yaklaşık 1023 ila 1024 W / cm2'ye düşürmenin mümkün olacağını düşünüyor. Önümüzdeki yıllar için LOA'nın hedefi tam olarak budur.
Le Monde'un 19.10.05 sayısında yayınlanan makale