Kuidas valgusest ainet luua? 80 aastat vana mõistatus sai teoreetilise lahenduse
Kui vastav hüpotees 80 aastat tagasi välja pakuti, ei peetud selle katselist tõestamist isegi võimalikuks.
Üheainsa päeva jooksul töötasid kolm füüsikut — Steve Rose ja Oliver Pike Imperial College'ist ning nende külaliskolleeg Felix Mackenroth Max Plancki nimelise tuumafüüsika-instituudi juurest — välja suhteliselt lihtsa mooduse tõestamaks hüpoteesi, millega juba 1934. aastal tulid lagedale teadlased Gregory Breit ja John A. Wheeler.
Breit ja Wheeler oletasid, et valgust peaks olema võimalik muuta aineks, kui rammida omavahel kokku kaks valguseosakest e footonit. Kahe footoni "kokkutulistamisel" tekiksid elektron ja positron. See on seni prognoosituist lihtsaim meetod valguse ainestamiseks.
Ajakirjas Nature Photonics ilmunud uurimus näitab esmakordselt, kuidas Breiti ja Wheeleri hüpoteesi saaks katseliselt kinnitada.
Selleks läheb vaja "footon-footon-kollaiderit", mis juba olemasoleva kõrgenergeetilise füüsikatehnoloogia toel teisendaks valguskiirgust vahetult aineks. (Vt allolevat joonist)
Väljapakutud footonipõrguti-eksperiment on kaheosaline. Kõigepealt tuleb elektrone ülivõimsa laseri abil kiirendada peaaegu valguse kiiruseni. Kiirendatud elektronid tulistatakse kuldtahvli pihta, mis tekitab tavalisest nähtavast valgusest miljard korda eredamaid footonkiiri.
Eksperimendi järgmine etapp hõlmab tillukest kullast mahutit, mida nimetatakse hohlraumiks (sks "õõnesruum"). Kõrgenergeetiline kiir suunatakse kuldpüti sisepinnale, kus see tekitab soojuskiirgusvälja, genereerides valgust, mis on olemuselt sarnane tähtede kiiratava valgusega.
Seejärel tuleb eksperimendi esimeses faasis tekitatud footonkiir juhtida läbi hohlraumi keskosa, kus kahest allikast lähtuvad footonid põrkavad kokku ning moodustavadki elektrone ja positrone.
Hohlraumist väljumise hetkel on neid elektrone ja positrone võimalik tuvastada.
Eksperimendi käigus taaskäivitataks protsess, millel oli oluline mõju meie universumi esimese saja sekundi vältel ja mida võib praegugi kohata gammakiirguspursetes — universumi võimsaimates plahvatustes, mille olemuse saladused on füüsikute poolt seni lõplikult lahendamata jäänud.
Breiti-Wheeleri hüpoteesi tõestamine kujutaks endast viimast puuduolevat tükki füüsikalisest piltmõistatusest, mis kirjeldab kõige lihtsamal moel valguse ja aine vahelisi vastastikmõjusid.
Sama "piltmõistatuse" kuue varasema osa lahendamine, k.a Paul Diraci 1930. aastast pärinev teooria elektronide ja positronide annihileerumisest ja Albert Einsteini 1905. aasta teooria fotoelektrilisest efektist seonduvad Nobeli preemia vääriliste uurimistöödega.
