Işığı Maddeye Dönüştürmenin Yolu Sonunda Keşfedilmiş Olabilir!

Imperial College London'da görev alan fizikçiler, 80 sene önce yapılabileceği ileri sürüldüğünde birçok kişi tarafından reddedilen bir şeyi gerçekleştirmenin yolunu bulmuş olabilir: Işıktan madde üretmek! Üniversitenin Blackett Fizik Laboratuvarında kahve içerek geçirilen 1 tam günün sonunda 3 fizikçi Breit ve Wheeler tarafından 1934 senesinde ilk olarak ileri sürülen bir teorinin fiziksel olarak basitçe ispatlanabileceğini ortaya koydular.

Breit ve Wheeler, sadece 2 ışık parçacığını (fotonu) birbirine çarpıştırarak bir elektron ve pozitron yaratılabileceğini ileri sürmüşlerdi. Bu, ışığı maddeye dönüştürmenin tahmin edilebilecek en kolay yoludur. Hesaplamaları teorik olarak sağlam gözüküyordu; ancak Breit ve Wheeler bu tahminin herhangi biri tarafından deneysel olarak gösterilebileceğini düşünmüyorlardı. Laboratuvarlarda hiçbir zaman gözlenmedi ve bunu test etmeye çalışan önceki deneyler, büyük kütleli yüksek enerjili parçacıkların deneye eklenmesine ihtiyaç duymuştu.

Nature Photonics dergisinde Mayıs 2014'te yayımlanan bir makale, tarihte ilk defa Breit ve Wheeler tarafından ileri sürülen teorinin pratikte ispatlanabileceğini gösteriyor. Bu "foton-foton çarpıştırıcı", halihazırda bulunan teknolojimizi kullanarak ışığı doğrudan maddeye çevirebilecek. Bu da, yeni bir yüksek enerji fiziği deneyi türü olmuş olacak. Bu deney, evrenin var oluşunun ilk 100 saniyesi içerisinde olan süreçleri yeniden yaratmamızı sağlayacak. Bu dönüşüm ayrıca gama ışını patlamalarında da görülüyor. Bu patlamalar, evrende bilinen en güçlü patlamalardır ve bilim insanları tarafından halen çözülmeyi bekleyen bir gizemdir.

Bilim insanları füzyon enerjisindeki ilgisiz problemleri bir süredir incelemekteydiler. Ancak yakın geçmişte, çalıştıkları konuların Breit-Wheeler Teorisi'ne uygulanabileceğini fark ettiler. Bu çığır açıcı keşif, Max Planck Nükleer Fizik Enstitüsü'ndeki teorik fizikçilerin Imperial College London araştırmacılarıyla işbirliği sayesinde yapıldı.

Breit-Wheeler Teorisi'nin geçerliliğini göstermek, fiziğin ışık ile madde arasındaki etkileşimi açıklamaya yönelik çözmeye çalıştığı yapbozun son parçasını tamamlayabilir. Bu yapbozun diğer 6 parçası, Dirac'ın 1930'da ileri sürdüğü ve elektron ile pozitronların yok oluşuyla ilgili teorisini ve Einstein'ın 1905 yılında ileri sürdüğü Fotoelektrik Etki Teorisi'ni de içeriyor. Bu parçaların neredeyse hepsi Nobel Ödülü'ne layık görüldü. Imperial College London Fizik Bölümünden Prof. Dr. Steve Rose şöyle diyor:

Her ne kadar tüm fizikçiler teorinin doğru olduğunu kabul ediyor olsa da, Breit ve Wheeler bu teoriyi ilk ileri sürdüklerinde, bunun laboratuvarda gösterilebileceğini asla düşünmediklerini belirttiler. Şimdi, yaklaşık 80 sene sonrasında, bu konuda yanıldıklarını gösteriyoruz. Bizi en çok şaşırtan şey, şu anda Birleşik Krallık sınırlarında bulunan teknoloji sayesinde ışıktan madde üretebileceğimizi görmek oldu. Bizler teorisyen olduğumuz için, şu anda bu fikirlerimizi çığır açıcı bir deneye dönüştürebilecek kişilerle görüşüyoruz.

Bilim insanlarının ileri sürdüğü çarpışma testi iki aşamadan oluşuyor. İlk başta bilim insanları aşırı güçlü ve yüksek şiddetteki bir lazeri kullanarak elektronları ışık hızına yakın bir hıza çıkaracaklar. Sonra bu elektronları altından bir levhaya doğru ateşleyecekler. Bu sayede, görebildiğimiz ışığa kıyasla milyarlarca kat daha enerjik foton ışınları üretecekler. Deneyin sonraki aşaması ise hohlraum (Almancada "boş oda" demek) denen çok ufak bir altın kutuyu barındırıyor. Bilim insanları bu yüksek enerjili lazeri bu kutunun iç yüzeyine doğru ateşleyecekler ve tıpkı yıldızlarda üretilene benzer bir ışık oluşturacaklar. Sonrasında ise ilk aşamadaki foton ışınını bu altın kutunun merkezinden geçecek şekilde yönlendirecekler. Böylece bu iki kaynaktan gelen fotonlar çarpışacaklar ve elektron ile pozitronlar üretecekler. Bunlar da kutuyu terk ederken tespit edilebilecekler. Plazma fiziği alanında doktorasını bitiren baş araştırmacı Oliver Pike şöyle diyor:

Her ne kadar teori konsept olarak basit olsa da, bunu deneysel olarak göstermek çok zordu. Bu çarpıştırıcı için gereken fikirleri kolayca geliştirdik. İleri sürdüğümüz deneysel tasarım var olan teknoloji ile kısmen basit bir şekilde kurulabilir. Hohlraumların füzyon araştırmalarındaki geleneksel kullanımlarının dışında nasıl kullanılabilecekleri üzerinde birkaç saatlik bir düşünme üzerine, bir foton çarpıştırıcı için gereken koşulları harika bir şekilde sağladıklarını tespit ettik. Bu deneyi gerçekleştirme ve tamamlama yarışı başladı!