لأول مرة..علماء الفيزياء يحصلون على طاقة صافية من الضوء

أفاد العلماء الذين يعملون مع كاشف STAR في مختبر Brookhaven الأمريكي القومي بأنهم تمكنوا من الحصول على دليل مقنع على وجود ظاهرتين فيزيائيتين تم التنبؤ فيهما منذ أكثر من 80 عاما .

وهما استخراج المادة مباشرة من الضوء والإثبات أن المغناطيسية يمكن أن تُثني الفوتونات المستقطبة في الفراغ. ونُشرت نتائج بحثهم في مجلة Physical Review Letters .

وينحصر الاكتشاف الرئيسي في أن أزواج الإلكترونات والبوزيترونات، بصفتهما جسيمات للمادة والمادة المضادة، يمكن تكوينها مباشرة عن طريق اصطدام الفوتونات عالية الطاقة ، وهي عبارة عن 'حزم' كمية من الضوء.

إن تحول الضوء النشط إلى المادة عبارة عن نتيجة مباشرة لمعادلة أينشتاين الشهيرة E = mc2، والتي تقول إن الطاقة والمادة، أو الكتلة، قابلة للتبادل. ومن المعلوم أن التفاعلات النووية في الشمس وفي محطات الطاقة النووية تعمل بانتظام على تحويل المادة إلى طاقة. والآن قام العلماء بتحويل الطاقة الضوئية إلى مادة في خطوة واحدة مباشرة.

وأظهرت النتيجة الثانية أن مسار الضوء الذي يمر عبر مجال مغناطيسي في الفراغ ينحني بشكل مختلف وفقا لكيفية استقطاب الضوء. يحدث هذا الانحراف المعتمد على الاستقطاب، والمعروف كانكسار، عندما يمر الضوء عبر مواد معينة.

وتم إحراز كلا النتيجتين بفضل قدرة كاشف RHIC STAR على قياس التوزيع الزاوي للجسيمات الناتجة عن تصادم أيونات الذهب التي تطير بسرعة الضوء تقريبا. ولم تكن مثل هذه الاحتمالات موجودة عندما وصف عالما الفيزياء ،جريجوري بريت وجون ويلر لأول مرة في عام 1934 الاحتمال الافتراضي لتصادم الجسيمات الخفيفة وتكوين أزواج من الإلكترونات ونظيراتها من المادة المضادة المعروفة بالبوزيترونات.

قام علماء الفيزياء في STAR بتتبع التفاعلات وبحثوا عن أزواج الإلكترونات والبوزيترونات المتوقعة، لكن يمكن إنشاء مثل هذه الأزواج من الجسيمات بمساعدة حالات قصيرة المدى من الفوتونات 'الافتراضية'. ومن أجل تمييز الفوتونات الحقيقية عن الفوتونات الافتراضية، حلل الباحثون قوانين التوزع الزاوي لكل إلكترون بالنسبة إلى بوزترونه الشريك. وتختلف أنماط التوزع هذه للأزواج المتكونة نتيجة التفاعل بين الفوتونات الحقيقية والافتراضية.

قال، دانيال براندنبورغ، أحد المشاركين في الدراسة، والباحث في مختبر بروكهافن:'قمنا كذلك بقياس الطاقة والتوزع الشامل والأرقام الكمية للأنظمة. وذلك يتفق مع الحسابات النظرية ويؤكد أن هذا الأمر يمكن أن يحدث مع الفوتونات الحقيقية. وتقدم نتائجنا دليلاً واضحا على الخلق المباشر لتزاوج المادة والمادة المضادة بخطوة واحدة عن طريق تصادمات جسيمات الضوء ، كما توقع Breit و Wheeler

وفي تجربة أخرى، أثبت العلماء أن الاستقطاب يؤثر على تفاعل الضوء مع المجال المغناطيسي في الفراغ. وتشبه تلك الظاهرة انقسام الضوء الأبيض المعتمد على طول الموجة في قوس قزح. وتم التنبؤ بذلك في عام 1936. لكن التجربة التي أجراها علماء الفيزياء أثبتت لأول مرة ظاهرة انحراف الضوء المعتمد على الاستقطاب في الفراغ.