Tendencias21

Es posible crear antimateria con luz láser

Físicos rusos confían, basándose en simulaciones numéricas, en que pronto podrán crear materia y antimateria mediante láseres de alta potencia que interactúan con la materia, creando campos Eléctricos de magnitudes mayores que los que hay en el interior de los átomos. Los campos eléctricos fuertes pueden convertir ‘partículas virtuales’ en pares electrón-positrón (materia-antimateria).

Es posible crear antimateria con luz láser

Los espectaculares avances en las tecnologías de láser están permitiendo nuevos estudios que exploran la interacción láser-materia a una intensidad ultraalta. Concentrando pulsos de láser de alta potencia, se producen de forma rutinaria campos eléctricos (de órdenes de magnitud mayores que los encontrados dentro de los átomos) y pronto podrán ser lo suficientemente intensos como para crear materia y antimateria mediante láseres.

Intrigantes cálculos de un equipo de investigación del Instituto de Física Aplicada de la Academia Rusa de Ciencias (IAP RAS), publicados esta semana en Physics of Plasmas, de AIP Publishing (la editoria del Instituto Americano de Físicas), explican la producción y la dinámica de los electrones y positrones procedentes de interacciones láser-materia de ultraalta intensidad. En otras palabras: Han calculado cómo crear materia y antimateria mediante rayos láser.

Los campos eléctricos intensos hacen que los electrones sufran enormes pérdidas por radiación debido a que una cantidad significativa de su energía se convierte en rayos gamma: fotones de alta energía, que son las partículas que componen la luz. Los fotones de alta energía producidos por este proceso interactúan con el campo de láser fuerte y crean pares electrón-positrón.

Como resultado, explica la nota de prensa del AIP, emerge un nuevo estado de la materia: partículas que interactúan fuertemente, campos ópticos, y radiación gamma, cuyas dinámicas se rigen por la interacción entre los fenómenos de la física clásica y los procesos cuánticos.

Un concepto clave detrás del trabajo del equipo se basa en la predicción de la electrodinámica cuántica (QED) de que «un fuerte campo eléctrico puede, en términos generales, hervir el vacío, que está lleno de partículas virtuales, como los pares electrón-positrón», explica Igor Kostyukov, del instituto ruso. «El campo puede convertir estos tipos de partículas, desde un estado virtual, en el que las partículas no son directamente observables, hasta uno real.»

Una impresionante manifestación de este tipo de fenómeno es una cascada QED guiada por láser y auto-sostenida, que todavía no se ha observado en un laboratorio. Pero, ¿qué es una cascada QED?, pregunta la nota.

«Piense en ello como una reacción en cadena en la que cada eslabón de la cadena consiste en procesos secuenciales», dice Kostyukov. «Comienza con la aceleración de los electrones y positrones dentro del campo láser. Esto es seguido por una emisión de fotones de alta energía por parte de los electrones y positrones acelerados. Entonces, la descomposición de los fotones de alta energía produce pares electrón-positrón, que producen nuevas generaciones de partículas en cascada».

Es posible crear antimateria con luz láser

El experimento

Para este trabajo, los investigadores exploraron la interacción de un pulso de láser muy intenso con una lámina mediante simulaciones numéricas.

«Esperábamos producir un gran número de fotones de alta energía, y que una parte de ellos decaería y produciría pares electrón-positrón», continúa Kostyukov. «Nuestra primera sorpresa fue que el número de fotones de alta energía producidos por los positrones es mucho mayor que el producido por los electrones de la lámina. Eso condujo a un crecimiento exponencial del número de positrones, lo que significa que si se detecta un mayor número de positrones en un experimento se puede concluir que la mayoría de ellos se han generado en una cascada QED».

También pudieron observar en las simulaciones una estructura distintiva en la distribución de positrones, a pesar de cierta aleatoriedad de los procesos de emisión de fotones y su descomposición.

«Al analizar el movimiento de los positrones en los campos electromagnéticos que hay delante de la lámina, descubrimos que algunas características del movimiento regulan la distribución de positrones y llevan a estructuras helicoidales similares a las observadas en las simulaciones», añade.

Los descubrimientos del equipo son de una importancia fundamental, porque el fenómeno que han explorado puede acompañar a la interacción láser-materia a intensidades extremas dentro de una gama más amplia de parámetros. «Ofrece nuevos conocimientos sobre las propiedades de estos tipos de interacciones,» dice Kostyukov. «Las aplicaciones más prácticas pueden incluir el desarrollo de ideas avanzadas para las fuentes láser-plasma de fotones y positrones de alta energía cuyo brillo supera considerablemente el de las fuentes modernas.»

Hasta ahora, los investigadores se han centrado en la etapa inicial de la interacción, en la que los pares electrón-positrón que producen no afectan de manera significativa a la interacción láser-objetivo.

«Ahora, estamos explorando el escenario no lineal, en el que el plasma de electrones-positrones autogenerado modifica fuertemente la interacción», dice. «Y también vamos a tratar de ampliar nuestros resultados con configuraciones más generales de las interacciones láser-materia y otros regímenes de interacciones, considerando una gama más amplia de parámetros.»

Referencia bibliográfica:

Yu. Kostyukov and E. N. Nerush: Production and dynamics of positrons in ultrahigh intensity laser-foil interactions. Physics of Plasmas (2016). DOI: 10.1063/1.4962567.

RedacciónT21

Hacer un comentario

RSS Lo último de Tendencias21

  • Los astrónomos observan un misterioso glóbulo cometario vagando por el cosmos 27 marzo, 2024
    Utilizando el Telescopio de rastreo VLT (VST) los científicos han producido una imagen impactante de GN 16.43.7.01, un glóbulo cometario situado a 5.000 años luz de distancia de la Tierra, en la constelación de Escorpio. Se trata de pequeñas y débiles nubes interestelares de gas y polvo cósmico, con una forma similar a la de […]
    Pablo Javier Piacente
  • Sería inminente el hallazgo de vida extraterrestre en Europa, una de las lunas de Júpiter 27 marzo, 2024
    Basado en experimentos recientes, un grupo de científicos determinó en un nuevo estudio que un instrumento en particular a bordo de la futura misión Europa Clipper de la NASA, denominado SUrface Dust Analyzer, era tan sensible que probablemente podría detectar signos de vida extraterrestre en granos individuales de hielo expulsados por Europa, la luna helada […]
    Pablo Javier Piacente
  • ¿La criopreservación es el paso necesario para la resurrección moderna? 27 marzo, 2024
    En España hay cinco casos de personas sometidas a criopreservación después de fallecer, a la espera de que la tecnología permita, tal vez, volverlos a la vida en los años 50 de este siglo.
    José Luis Cordeiro (*)
  • Crean un cerebro fantasma en forma de cubo impreso en 3D 27 marzo, 2024
    Investigadores austriacos han desarrollado un modelo de cerebro impreso en 3D basado en la estructura de las fibras cerebrales visibles mediante imágenes de resonancia magnética. Permite estudiar la compleja red neuronal con una precisión sin precedentes.
    Redacción T21
  • El océano se está desgarrando 26 marzo, 2024
    2.000 terremotos en un día en Canadá insinúan el nacimiento de una nueva corteza oceánica frente a la costa de la isla de Vancouver: está a punto de nacer a través de una ruptura magmática en las profundidades del mar.
    Pablo Javier Piacente
  • Simulan una explosión termonuclear en un superordenador 26 marzo, 2024
    Una simulación por superordenador nos brinda nuevos conocimientos sobre el comportamiento de las estrellas de neutrones: al evocar la explosión termonuclear que tiene lugar cuando estos monstruos cósmicos devoran a otra estrella, los investigadores logran avanzar en la comprensión de los fenómenos más extremos que suceden en el cosmos.
    Pablo Javier Piacente
  • Las matemáticas tienen la clave para erradicar el machismo 26 marzo, 2024
    Las matemáticas demuestran que si una parte significativa de las mujeres de una población (superando el límite del 45%) se comporta solidariamente con otras mujeres (como si fuesen hermanas), el machismo se extingue.
    Alicia Domínguez y Eduardo Costas (*)
  • El cerebro nos invita a soñar despiertos y luego nos rescata del ensueño 26 marzo, 2024
    El cerebro dispone de un doble mecanismo que, por un lado, nos inspira la creatividad provocando que soñemos despiertos, y por otro, nos devuelve a la realidad para sacarnos de la divagación inútil.
    Redacción T21
  • Las ondas cerebrales se mueven en direcciones opuestas para crear recuerdos y luego para recuperarlos 25 marzo, 2024
    Los científicos descubrieron que las ondas cerebrales tendían a moverse desde la parte posterior del cerebro hacia el frente mientras las personas guardaban algo en su memoria. Por el contrario, cuando buscaban recordar la misma información, esas ondas se movían en la dirección opuesta, desde el frente hacia la parte posterior del cerebro.
    Pablo Javier Piacente
  • Descubren una de las estrellas más antiguas del Universo muy cerca de la Vía Láctea 25 marzo, 2024
    La estrella LMC 119 fue apreciada en la Gran Nube de Magallanes, muy cerca de la Vía Láctea, y es la primera estrella de la segunda generación de formación estelar del Universo que se ha identificado en otra galaxia. Esta estrella, una de las más antiguas en el cosmos descubiertas hasta hoy, proporciona una ventana […]
    Pablo Javier Piacente