Pojęcie fotonu/kwantu światła jest nawet dzisiaj kontrowersyjne (chociaż formalizm matematyczny opisu tego obiektu jest bez zarzutów i znajduje zastosowanie techniczne) może dlatego ,że jego początki były dramatyczne.W roku 1913 Max Planck wnioskując o przyznanie członkowstwa Pruskiej Akademii Nauk Albertowi Einsteinowi miał powiedzieć:
"To,że czasami w swoich spekulacjach Einstein docierał do błędnych wniosków ,tak jak na przykład wówczas,gdy sformułował hipotezę kwantów światła, nie powinno podważać jego pozycji".
Sam Einstein w 1951 roku (na kilka lat przed śmiercią) napisał:
"Blisko 50 lat moich rozważań, nie zbliżyło mnie ani na trochę do odpowiedzi na pytanie -Czym są kwanty światła ?"
Dzisiaj jest modna taka odpowiedź na to pytanie, wyrzucająca pytającego poza nawias z fizyką: "To jest pytanie filozoficzne,a fizyka nie jest filozofią".Dobra jest to odpowiedź, bo zabezpiecza fizykę przed zarzutem stosowania pojęć wewnętrznie sprzecznych.Ale czy ukrywanie problemów- z wewnętrzną sprzecznością twierdzeń modelu-jest ich rozwiązaniem?Oto kilka przykładówtych problemmów.
Jak kwant światła może mieć pęd, jeśi nie ma masy?Albo: dlaczego kwanty światła czerwonego i fioletowego mają różne pędy, jeśli mają tę samą prędkość? I jeszcze jedno:kwant światła jest ściśle określoną porcją energii,ale jednocześnie z tą porcją związany jest proces falowy .Kwant (porcja) to obiekt lokalizowalny, a ruch falowy(fala) - nie.
W zjawisku fotoelektrycznym musimy równolegle stosować model kwantowy światła [przy ustaleniu energii kinetycznej fotoelektronów], oraz pojęcie natężenia fali świetlnej(czyli model falowy), przy ustaleniu gęstości fotoelektronów,wyzwolonych właśnie przez światło.
Podobnie jest w opisie efektu Comptona: zderzenie kwantu z elektronem ma analogon w zderzeniu kul bilardowych ,ale w nim tkwią pojęcia długości i częstotliwości fal świetlnych, nie podlegające eliminacji.
Natura światła jest zagadkowa, ze swą imanentną sprzecznością ontologiczną. Może światło-tym faktem- stawia przed nami ułomność umysłu naszego, wobec intensywności i mocy głębi tajemnicy Bytu? W następnych spotkaniach z Czytelnikiem poszerzę panoramę tych sprzeczności.
Dzieje poznawania natury światła, są bardzo rozległe w czasie.Może nawet powstanie i rozwój fizyki, są wyznaczone przez te właśnie dzieje? Promień laserowy i akcja laserowa, dzieli je na dwa okresy i ten najświeższy, otwierający nową epokę światła,w której pytanie: "skąd i dlaczego materia we wszechświecie?" , być może znajdzie eksperymentalną odpowiedź.
Od ponad 80 lat, fizyka teoretyczna ma model procesu zamiany światła na substancję materialną,na cząstki elementarne((Breit-Wheeler,1934, [1]),lecz nikt do tej pory nie przedstawił schematu technicznego, realizacji tego modelu,ani go nie zrealizował w laboratorium fizycznymwzadawalającysposób.
Niedwno ,ukazał się raport z symulacji cyfrowej nowego projektu eksperymentu kreacji par cząstka-antycząstka[4] , który technicznie nie przedstawia takich trudności jak wszystkie poprzednie.Eksperyment wymaga zastosowania lasera o wielkiej mocy,a jego ogólna idea była zaprezentowana już w roku 2014 [2]i w roku 2016 [3].
Grupa badawcza z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego, pod kierunkiem Alexeya Arefiewa[4] zbadała symulacyjnie wytwarzanie materii ze światła,a ściśle pisząc : w efekcie zderzenia kwantów promieniowania gamma g.
Promień lasera o mocy kilku petawatów ( 1petawat=10^15watów =1000000000000000 watów.pada na target (metal o dużej gęstości o średnicy 5mikronów) i rozpędza swobodne elektrony do prędkości przyświetlnych.Strumień tych elektronów wytwarza pole magnetyczne o bardzo dużym natężeniu, miliony razy większym od natężenia pola agnetycznego Ziemi,a zbliżonym do pola magnetycznegi gwiazdy neutronowej).To pole, emituje promieniowania gamma, które rozdzielone na dwa promienie zderzające się, tworzą - przez bardzo krótki moment - pary cząstek materii i antymaterii.
Metoda ta ma wysoką wydajność produkcji par cząstek: od dziesiątek do setek tysięcy par zrodzonych w wyniku jednego zderzenia promieni gamma,gdy w eksperymencie Stanforda z 1997 roku (wymagajacego dodatkowegostrumieniawysokoenergetycznych elektronów) otrzymano jedną parę na 100 zdjęć.Eksperyment symulacyjny Areviewa, kopiuje procesy powstawania materii ze światła w pierwszych minutach istnienia wszechswiata.
Literatura
[1]G. Breit ,J.A. Wheeler "Collision of Two Light Quanta". Physical Review. 46 (12): 1087–1091,12.12.1934
[2]O. J. Pike, F. Mackenroth, E. G. Hill & S. J. Rose A photon–photon collider in a vacuum hohlraum,A photon–photon collider in a vacuum hohlraum,18.005.2014,Nature Photonics volume 8, pages434–436(2014)
[3] Ribeyre,and all, "Pair creation in collision of γ-ray beams produced with high-intensity lasers". Physical Review E. 93 (1),2016, arXiv:1504.07868.
[4]A. Arefiew,T. Wang, andAll, Power Scaling for Collimated -Ray Beams Generated by Structured Laser-Irradiated Targets and Its Application to Two-Photon Pair Production,Phys. Rev. Applied 13, 054024 ,11 May 2020
Dodane13.06.2020
Uzupełnienie o chińskie eksperymenty
Ya-Jun Gu,and all,Brilliant gamma-ray beam and electron-positron pair production by enhacend attosecond pulses,2017
Chang-HX1 and all,Brilliant petawatt gamma-ray pulse generation in quantum electrodynamic laser-plasma interaction,2018
No modern scientist comes close to Einstein's moral as well as scientific stature (John Horgan)
Nowości od blogera
Inne tematy w dziale Technologie
